373
УДК 551.16
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОСФИДА ЖЕЛЕЗА В СОСТАВЕ И СТРОЕНИИ ЯДРА ЗЕМЛИ Базарбек Асыл-Дастан Базарбекҧлы1, Сагатов Нурсултан Ерболулы2
1Докторант ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, Нур-Султан, Казахстан
2 Аспирант Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева, Новосибирск, Россия Научные руководители – Инербаев Т.М., Литасов К.Д.
В последние годы исследование состава ядра Земли по-прежнему является актуальной темой, которая имеет важное значение для понимания процессов, происходящих на нашей планете. Процессы глобальной дифференциации и миграции вещества в недрах Земли связаны с проблемой, в том числе, и состава и строения ядра. Безусловно, в течении многих лет проделываются исследования с помощью высокоточных геофизических измерений и различных лабораторных экспериментов при давлениях и температурах ядра и нижней мантии Земли. Однако вопросы, касающиеся состава и строения ядра и нижней мантии Земли до сих пор остаются далекими от однозначных решений и требует еще большего внимания и исследования используя большой объем изотопно-геохимических и космохимических данных[1].
Ядро Земли является центральной и наиболее глубокой частью нашей планеты, находящаяся под мантией Земли. Предположительная глубина залегания доходит до 2900 км. Ядро составляет примерно 32 % массы и 16 % объема Земли и отвечает Р–Т-параметрам от 136 ГПа и 3800–4200K до 364 ГПа и 5000–6000 K.
О составе ядра существуют лишь косвенные данные, полученные разными путями.
Современные эксперименты с ударным сжатием металлов и их соединений, также данные статического сжатия этих веществ в сверхпрочных алмазных прессах с учетом данных о распространенности химических элементов в Солнечной системе и на Земле позволяют с высокой степенью достоверности считать, что в земном ядре содержится около 90% железа.
Однако внешнее ядро не может состоять только из чистого железа и тем более из его сплава с никелем, поскольку плотность железа и никелистого железа метеоритного состава при давлениях, господствующих в земном ядре, приблизительно на 10–15% выше плотности
―ядерного‖ вещества во внешнем ядре Земли[2]. Отсюда следует, что помимо железа в
―ядерном‖ веществе должны содержаться легкие добавки, несколько снижающие плотность вещества. Среди таких добавок рассматривается легких элементы как водород, кислород, углерод, сера, кремний и фосфор.
В виду трудности проведения экспериментальных исследований при температуре и давлении, соответствующих условиям ядра земли, особую актуальность приобретает компьютерное моделирование при помощи современных квантово-химических методов термодинамических, упругих и магнитных свойств фосфидов железа как важных составляющих ядра Земли.
В связи с этим необходимо отметить расчеты из первых принципов (Ab initio) для исследования состава и дифференциации планетарных ядер. Моделирование с использованием ab initio методов помогает решить задачи из первых основополагающих принципов без привлечения дополнительных эмпирических предположений, то есть через прямое решение уравнений квантовой механики.
Методы исследования
В данной работе все расчеты проводились с помощью квантово-химического моделирования из первых принципов в рамках метода функционала плотности - с использованием базиса плоских волн. Моделирование проводилось без учета движения атомов при нулевой температуре (T=0). Были проведены как спин-поляризованные расчеты, так и расчеты без учета магнитного момента. Детали расчетов выглядят таким образом:
энергия обрезания составляла 700 эВ, плотность k-точек - 0.2 А-1, параметр сглаживания
1
374
=0.01 .
- Pnma P-62m. , -Pnma -
23, . -P-62m -
22 [3].
. 1-3.
P(V) .
1– ( ) -Pnma
.
1 Pnma
.
100 .
2 – ( ) - P-62
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
2
375
2 P(V) P-62 .
P(V) P-62 , Pnma.
Pnma
.3. 3,
P-62 ,
Pnma,
140 , .
3 –
Pnma.
, P(V)
. ,
P(V)
, T-P.
.
1. . ., . . .
, 2016, . 57, № 1, . 31-62
2. . ., . .. . - .: - , 2002. - 506 .
3.Przemyslaw Dera, Barbara Lavina, Lauren A. Borkowski and etc. High‐pressure polymorphism of and its implications for meteorites and Earth's core. Geophysical Research Letters, May 2008.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
3
