CaSiO3钙钛矿的高温高压相变

摘要

CaSiO3钙钛矿是地球下地幔最重要的矿物之一.根据地幔岩模型,CaSiO3钙钛矿在下地幔的体积含量约为8％;而俯冲到核幔边界中的大洋玄武岩可能含有体积分数高达～20％的CaSiO3钙钛矿.尽管此前关于CaSiO3钙钛矿在下地幔温压条件下的结构存在较大争议,但近期实验结果表明,CaSiO3在常温常压下以四方晶体结构存在,但在下地幔温度和压强条件下相变为立方体钙钛矿结构(Noguchi.,2013).而立方体结构的CaSiO3钙钛矿在高压常温下并不稳定.温度的移除会导致CaSiO3钙钛矿相变为四方晶体结构.利用金刚石对顶砧技术结合同步辐射X光衍射，在165～210GPa和300～2500K研究了CaSiO3的结构和热力学状态方程。实验发现当温度上升至2100K时，CaSiO3样品由不定形态转变成钙钛矿相，而当温度继续上升至2500K时，CaSiO3钙钛矿又转变成一种新的物相。将温度冷却至300K后该相仍然稳定存在。这与CaSiO3的钙钛矿相明显不同，因为立方体相的CaSiO3钙钛矿无法在300K稳定存在，会相变为四方晶体结构。研究CaSiO3在超高压超高温下的结构和热力学性质对了解超级类地行星的物质组成和结构具有重要意义。