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指导教师对博士论文的评阅意见

指导小组对博士论文的评阅意见

答辩决议书

论文提要

中文摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 高压科学研究

1.2 地球内部的温压条件与成分

1.3 水及含水矿物的研究现状

    1.3.1 高压下冰的研究现状

    1.3.2 高压下含水矿物的研究现状

1.4 论文选题的目的和研究意义

第二章 基本理论和计算方法

2.1 Schrodinger方程

2.2 Born-Oppenheimer近似

2.3 密度泛函理论

    2.3.1 Hohenberg-Kohn密度泛函理论

    2.3.2 Kohn-Sham密度泛函理论

    2.3.3 交换关联泛函

2.4 赝势方法

2.5 晶体结构预测方法

    2.5.1 晶体结构预测的目的及困难

    2.5.2 群体智能算法介绍

    2.5.3 CALYPSO方法及软件

第三章 低压下冰的结构研究

3.1 研究背景

3.2 计算细节

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 高压下含水矿物FeSiO_4H_2和MgSiO_4H_2的结构研究

4.1 研究背景

4.2 研究方法

4.3 研究结果

4.4 本章小结

第五章 深地幔条件下可以稳定存在的含水矿物Ca(OH)_2

5.1 研究背景

5.2 研究方法

5.3 研究结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

A 部分S1,S6 和S7冰结构信息

B FeSiO_4H_2的结构信息

C Ca(OH)_2的结构信息

作者简介

攻读研究生期间公开发表的论文

致谢

文章摘要:随着时间演化,地球上的水可以在地表和地球内部不断地循环,对地震、地幔对流等地质活动具有重要的影响。因此,地球内部水循环是学界长期的研究焦点,被美国时域地球列入未来十年（2020-2030）科学愿景。一般而言,在地球内部高压条件下,水通常会以冰相或含水矿物的形式存在。研究高压条件下冰和含水矿物的结构及性质,对于理解水在地球内部的存储形式和循环过程具有重要的科学意义。然而,由于冰及含水矿物包含氢和氧元素,传统的X射线衍射等实验方法在确定这类物质的结构上面临着巨大的挑战。针对以上问题,本文利用课题组自主发展的CALYPSO结构预测方法结合第一性原理计算方法,开展了冰和含水矿物的结构与物性研究,取得了如下创新性成果:1.在低压条件下,利用课题组自主发展的CALYPSO结构预测方法提出了具有笼型嵌套结构、六面体链状结构和双“水六聚体”链状结构等25个新构型冰低压结构。第一性原理计算表明,在0.5～2.0 GPa具有双“水六聚体”单元的P2₁2₁2₁结构与实验确定的XV相结构能量接近,为实验合成新构型冰结构提供了理论指导。研究结果为理解地球内部浅层深度（低压条件）冰可能的存在形式提供了理论模型。2.地表水可以通过俯冲板块进入地球内部,而含水矿物是水向地球内部输运的主要载体,寻找在俯冲板块温压条件下稳定存在的含水矿物,是深入理解地球内部水输运的关键。本文利用CALYPSO结构预测方法,预言了铁硅酸盐含水矿物（Fe Si O₄H₂）的高压相P2₁/c-l和P2₁/c-h在小于45 GPa和1450 K可以稳定存在,进而提出了铁硅酸盐含水矿物Fe Si O₄H₂可能是水向地球内部输运的载体,为水在地球内部的输运过程提供了新途径。3.下地幔区间的储水能力与含水矿物的稳定性密切相关,前期研究发现大部分含水矿物（Mg Si O₄H₂等）都会在下地幔条件脱水分解。探索在下地幔温压条件存在的含水矿物对理解地球内部水存储具有重要的科学意义。本文利用CALYPSO结构预测方法预言了Ca（OH）₂两个高压相P2₁/c和Pnma,发现其可以在下地幔温压条件稳定存在,因此提出下地幔区间可能存储着更多的水资源,为研究下地幔水存储情况提供了理论指导。

文章关键词:

论文DOI:10.27162/d.cnki.gjlin.2021.000119

论文分类号:P592