學位論文

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    鎂-鈣鋁榴石的高壓拉曼光譜與熱傳導性質研究
    (2022) 陳函郁; Chen, Han-Yu
    石榴子石(Garnet)是地球地殼、地函和隱沒板塊中可發現的重要礦物，其晶體結構可以容納多種化學元素，如鎂、鈣與鐵(Mg/Ca/Fe)。以輝橄岩(Pyrolite)地函模型為例，其石榴子石內的鎂鋁榴石(Pyrope, 簡稱Py)占比約75%、鈣鋁榴石(Grossular, 簡稱Gr)約為10%以及鐵鋁榴石(Almandine, 簡稱Alm)約15%；相較而言，隱沒板塊中所發現的石榴子石的Gr的佔比則更高。因此，本研究利用鑽石高壓對頂砧模擬地球內部壓力環境，並使用合成單晶Py40Gr60和Gr樣品進行本次實驗。拉曼光譜是用於鑑定礦物內化學鍵與研究其振動模式。先前的研究指出，在室溫室壓環境條件下，石榴子石內化學成分對其中Si-O鍵結與拉曼振動模式存在著密切相關性但對高壓下對其Si-O鍵結與拉曼光譜振動模式的影響仍不清楚。故本研究的主要目的是藉由樣品中的Mg/Ca含量，進而比對高壓下Py-Gr固溶體之拉曼光譜的影響，並從高壓拉曼光譜探索它們在高壓下可能的穩定區間。結果隨著壓力的增加，發現特徵峰在特定壓力下拉曼位移有多個不連續區間，其發生在~6、~9、~17和~35 GPa，此觀察是前人沒有觀測到的。本研究還結合時間域熱反射技術，探討Gr以及中間相成分Py40Gr60樣品在受壓過程中熱傳導率隨壓力的變化，以了解石榴子石中的Mg/Ca含量比在地球深部熱傳導率的影響。實驗結果發現，室溫室壓下Gr的熱傳導率在(110)與(100)兩個晶面方向上出現差異，在Gr (100)上測得的熱導率比在Gr (110)上測得的高約1.3倍，而在Py40Gr60樣品上則無觀測到此現象。實驗測得Gr在(110)與(100)兩個晶面的熱傳導率隨壓力上升異向性增加，Py40Gr60的熱傳導率則介於Gr兩個晶面的熱傳導率之間，並且沒有出現異向性。結合本研究實驗結果、地函與隱沒板塊礦物學模型，我們計算了地函與隱沒板塊的整體熱傳導率，計算結果指出在模擬地球熱傳導率上可將不同Mg/Ca含量成分的石榴子石視為相同礦物。