美国耶鲁大学Shun-ichiro Karato教授访问地化所

发布时间：2019-05-17

应中国科学院地球化学研究所代立东研究员的邀请，在中国科学院海外评审专家项目资助下，美国耶鲁大学地质与地球物理系Shun-ichiro Karato教授来地化所进行学术交流与访问，并于5月12日-13日，在高压室会议室作了题为“Water in Earth’s interior”和“Composition and origin of the Moon”两场精彩的学术报告。报告会现场座无虚席和反响强烈，报告会由代立东研究员主持。

众所周知，水是生命之源，地球圈层的重要挥发分，关于水在地球内部的含量、赋存形式及其物理化学性质等，一直是固体地球科学领域的研究热点。表生地球环境条件下，水通常以自由水和结构水的形式存在，而幔源深度范围内，主要以晶格缺陷的形式存在于名义无水矿物中。报告中，Shun-ichiro Karato教授有机结合地球化学、野外地球物理学观测、实验室高温高压实验模拟等众多研究手段，提出地幔中储存大量的水，是巨大的水库。Shun-ichiro Karato教授通过上地幔橄榄石电导率与扩散的理论计算结果，在世界上首次提出名义无水矿物中的水对电导率具有显著影响，并对上地幔和地幔转换带区域的水含量和水迁移机制进行了有效的约束。此外，最近Shun-ichiro Karato教授还对月球和其他行星起源开展了大量的原创性研究工作，提出月球起源和成因模型。

在“Water in Earth’s interior”的报告中，基于地球内部、大气和海洋中水存在的动力学平衡，着重阐述了地球内部水循环和地幔对流的成因机制，认为地球内部存在水的主要证据包括：火山喷发过程中喷出的水气、来源于地球深部矿物中的流体包裹体、天然名义无水矿物中存在的氢质子等。前人高温高压下名义无水矿物中水的溶解度实验结果表明：水在地幔橄榄石中的溶解度值高达数千ppm，而地幔过渡带中天然的林伍德石中其水含量可达1.5 wt%。在名义无水矿物中，氢以晶格缺陷的形式存在，依据不同的晶格占位，可划分出很多不同的晶格点缺陷类型，通过傅里叶变换红外光谱的吸收峰，可对水含量进行精确标定。通过高温高压实验模拟、标定已有的天然矿物中的含水量、野外地球物理物性参数 (地震波速和电导率) 的解析反演等多种手段，探测地球内部圈层的水含量和迁移机制，同时指出地幔转换带及上地幔中水是动态平衡存在的，是世界上首次通过能斯特-爱因斯坦方程理论计算获得矿物电导率和高压模拟实验提出地球内部是含水的，多篇成果发表在Nature刊物上。

在“Composition and origin of the Moon”的报告中，介绍了月球的基本特征，包括体积、质量、组成等。关于地球的形成机制，列举了前人研究得出的多种模型，包括：裂解模型、捕获模型和碰撞模型。Shun-ichiro Karato认为最为合理的模型为碰撞模型，并对该模型进行了详细讲解。关于月球成因的研究尚存在不足之处，Shun-ichiro Karato引入了电导率证据，认为月幔的温度比地幔的温度要低，但是水含量与地球软流圈接近，且月球的形成是气体凝结为液体的过程，而地球的形成是气体凝结为固体的过程。通过同位素研究，发现月球中铁含量显著高于地球，而其他元素的含量则非常相近，相关成果发表在2019年5月份的Nature Geoscience上。

会上，Shun-ichiro Karato教授与会者亲切友好地交流，并对大家提出的问题逐一进行了解答；会后，Shun-ichiro Karato教授参观了中科院地球内部物质高温高压重点实验室。

Shun-ichiro Karato教授简介：

Shun-ichiro Karato，博士，教授，国际著名的高压矿物物理学家。于1972、1974和1977年分别获得日本东京大学学士、硕士和博士学位；1978-1988年曾先后在东京大学、京都大学、澳大利亚国立大学、美国科罗拉多大学工作；1989-2000年在明尼苏达大学任副教授和教授；2001年起任耶鲁大学教授。研究方向：高压矿物物理、地球与行星内部物理、高压实验与理论计算等众多的高压科学前沿领域。曾担任Nature、JGR、Pure and Applied Geophysics等杂志的主编、副主编和编委。发表论文257篇，其中包括12篇Nature和7篇Science，被引用21634次。获得日本学士院奖、洪堡奖、莱曼奖、Augustus Love奖章等荣誉，入选美国地球物理学会、美国矿物学会、日本地球科学联合会、欧洲地球物理学会等的会士和中科院海外评审专家(2018)。