前人关于高温高压条件下微量元素掺杂的矿物岩石的电学性质报道，主要集中在氢元素（或结构水），而其它的微量元素较少。近来，关于高温高压下含水的橄榄石弹性波速研究结果，表明钛含量对弹性波传播速度有重要影响（详见Cline, C. J., Faul, U., David, E. C., Berry, A. J., & Jackson, I. (2018). Redox‐influenced seismic properties of upper‐mantle olivine. Nature, 555(7696), 355–358. https://doi.org/10.1038/nature25764.），该成果引起诸多高压科学机构的研究者广泛关注。
鉴于此，中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室代立东研究员，借助于Kawai-1000t多面顶大腔体高温高压设备和Solartron-1260阻抗/增益相位分析仪，在4.0 GPa、873–1273 K和不同氧逸度（Re–ReO2, Ni–NiO, 和Mo–MoO2）控制条件下，原位测量了不同含钛量的人工合成多晶橄榄石电导率。研究发现：（1）钛含量对多晶橄榄石电导率有重要的影响，在贫水的和富水的样品标出不同的电迁移行为；（2）提出点缺陷反应机制模型，该模型可很好地区分高温高压下橄榄石中存在的钛缺陷、氢缺陷和小极化子跃迁的不同传导机制；（3）作为微量元素的钛，在地幔矿物中含量非常低，拟采用富含钛的橄榄石样品去解释地幔矿物的高压物理化学行为，需谨慎。
该成果得到了中国科学院先导专项 (XDB 18010401)、中国科学院前沿科学重点项目 (QYZDB-SSW-DQC009)、国家自然科学基金项目 (42072055、41774099和41772042)、中国科学院青年创新促进会专项基金、中国科学院西部之光项目、美国自然科学基金 (EAR‐1764271) 等项目的联合资助。
该成果，已于2020年10月最新发表：Dai Lidong* and Karato Shun-ichiro. Electrical conductivity of Ti-bearing hydrous olivine aggregates at high temperature and high pressure. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125(10), e2020JB020309, doi: https://doi.org/10.1029/2020JB020309.)。代立东研究员为文章第一作者和通讯作者，主要从事高温高压下矿物岩石物性实验研究，其部分相关成果已发表在Earth and Planetary Science Letters、Journal of Geophysical Research: Solid Earth、Contributions to Mineralogy and Petrology、Geochemistry, Geophysics, Geosystems等重要国际刊物上。
图1 在4.0 GPa和873-1273 K条件下不同钛含量的人工合成多晶橄榄石电导率随水含量变化的的定量关系.
(代立东课题组/供稿)