第九届青年地学论坛

地球内部碳的储存及循环对于理解地球内部的物质循环和能量转移有着重要的影响，同时也与地球的生命演化密切相关。俯冲带中的金刚石和含碳酸盐岩石中捕获的碳是地球表面和内部之间持续交换大量碳的重要证据。探索极端条件下（高温和高压）矿物、熔体和流体中碳的行为可以更好的理解地球内部碳的存在方式、运移行为和变化规律，同时也能为深部地震观测结果带来新的认识和证据。
CaC₂O₅是一种通过结构搜索及第一性原理模拟所发现的具有多种结构相的碳酸盐矿物，在高温高压条件下通过金刚石压腔（DAC）实验成功合成（CaCO₃ + CO₂）。本文利用第一性原理模拟计算了高压下具有不同对称性的CaC₂O₅矿物的结构和弹性。计算结果表明，CaC₂O₅-Cc相变为CaC₂O₅-I-42d（CaC₂O₅-C2-l）时引起的地震波速变化与地幔过渡带660 km深度处的波速不连续极为相似。此外，当CaC₂O₅-Fdd2在70 GPa下相变为CaC₂O₅-C2时，其剪切波速度降低了7.4%，密度增加了5.8%，这与大型低剪切波速省（LLSVPs）的特征一致。同时，CaC₂O₅可在高温高压环境下和地幔中的（Mg、Ca）SiO3钙钛矿和铁方镁石（MgO）发生反应，产生碳酸镁、碳酸钙、硅酸钙和CO₂，而CO₂这一挥发份又可以伴随着地幔柱等重新回到地表。因此，我们认为CaC₂O₅及其高压多态性可能对地幔中波速异常现象起着一定的作用；同时CaC₂O₅可以将碳运输到地球深处后，受到温度和周围环境时发生新的反应，释放CO₂和含碳矿物，并随着地球内部动力运输到地球的浅层部分，从而影响地幔深部碳循环。
 

第一性原理,碳循环,弹性,碳酸盐岩