具體描述
礦物學前沿：晶體結構與地球深部過程 作者：[此處可填入虛構的專傢姓名，例如：Dr. Eleanor Vance] 齣版社：[此處可填入虛構的學術齣版社名稱，例如：Terra Nova Academic Press] 頁數：約 750 頁 定價：[此處可填入虛構的價格，例如：£125.00 / $185.00] --- 內容概要： 《礦物學前沿：晶體結構與地球深部過程》是一部深入探討現代礦物學核心概念、前沿實驗技術以及這些知識如何應用於理解地球和行星內部復雜物理化學過程的專著。本書旨在為高年級本科生、研究生以及相關研究領域的專業人士提供一個全麵且具有挑戰性的視角，超越基礎的礦物形態學和命名法，聚焦於原子尺度的相互作用、高壓高溫下的相變動力學，以及礦物學在地球化學循環和地球物理學中的關鍵作用。 本書的結構設計旨在引導讀者逐步深入，從基礎的晶體化學和對稱性原理齣發，過渡到尖端的同步輻射技術和計算模擬方法，最終聚焦於地幔、地核乃至係外行星內部礦物的行為預測。 --- 第一部分：晶體化學與結構解析的基石 本部分奠定瞭理解礦物宏觀性質如何源於其微觀原子排列的基礎。 第一章：晶體對稱性與電子結構 本章詳細迴顧瞭點群和空間群的數學框架，並將其應用於描述自然界中存在的230種空間群。重點討論瞭勞埃德符號（Laue Symmetry）在礦物識彆中的應用。此外，本章深入探究瞭離子半徑、電荷密度和共價性在決定晶格常數和配位數中的作用。特彆關注瞭鍵長-鍵角分布函數的統計學處理，以及配位多麵體的幾何變形對礦物穩定性的影響。電子結構部分，通過費米能級、態密度（DOS）的概念，解釋瞭導電性、光學性質（如雙摺射率的各嚮異性）與電子軌道雜化的關係。 第二章：晶體缺陷與非化學計量 本章摒棄瞭理想晶體的概念，轉而探討實際晶體中普遍存在的結構缺陷。詳細分析瞭點缺陷（如弗倫剋爾缺陷、肖特基缺陷）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）的形成能、遷移率及其對擴散過程的影響。對非化學計量礦物（如氧化鐵、硫化物）的化學計量偏差進行瞭深入的量化分析，引入瞭維格納-塞茨元胞模型和剋洛斯特曼模型來描述缺陷在不同氧逸度下的平衡狀態。重點討論瞭位錯的運動機製如何控製岩石在慢速形變下的流變學行為。 第三章：結構弛豫與相變動力學 本章聚焦於礦物在環境變化下如何重新組織其晶體結構。討論瞭熱力學驅動下的相變類型，包括一階（涉及潛熱）和二階（連續）相變。詳細闡述瞭成核與長大理論在礦物結晶過程中的應用。引入瞭阿倫尼烏斯和“應力驅動”模型來量化相變速率。對於固態擴散，本章詳細分析瞭激活能的譜係，區分瞭晶界擴散、體擴散和滑移擴散的相對貢獻，並用實驗數據（如放射性同位素的比率）來驗證這些模型的有效性。 --- 第二部分：先進的錶徵技術與實驗探究 本部分側重於現代礦物學賴以發展的前沿實驗手段，這些技術能夠實現原子尺度的精確觀測和高能量條件下的原位分析。 第四章：同步輻射與中子散射技術在礦物學中的應用 本章探討瞭同步輻射光源（Synchrotron Source）如何革新礦物學研究。重點分析瞭高能X射綫衍射（XRD）在極端條件（高達150 GPa，2500 K）下的應用，特彆是如何通過吸收邊精細結構光譜（XANES）確定局部原子配位環境和氧化態。詳細闡述瞭粉末衍射與單晶衍射在確定復雜晶體結構中的優缺點。同時，中子散射（特彆是高通量飛行時間中子衍射）被深入分析，強調其在區分輕元素（如氫、鋰）和精確測量晶格振動（聲子譜）方麵的獨特優勢。 第五章：高壓高溫實驗方法論與礦物閤成 本章詳細介紹瞭實現地球深部條件模擬的實驗裝置和技術。對六麵砧、柱塞式（Bazzar Cell）和金剛石對頂砧（DAC）係統的設計原理、壓力和溫度標定方法進行瞭比較分析。強調瞭在DAC中使用激光加熱、電阻加熱和激光耦閤中子束進行原位結構監測的挑戰與解決方案。閤成部分，重點討論瞭通過溶劑捕捉法、熔劑熔融法以及高溫固相反應法閤成具有地幔意義的非天然相（如高密度矽酸鹽相、鈣鈦礦結構）的工藝控製。 第六章：光譜學與電子探針分析 本章迴歸到實驗室尺度的分析技術。對拉曼光譜、紅外光譜（FTIR）和光緻發光（PL）在識彆分子基團（如水、CO2在礦物中的溶解度）、晶格振動模式和半導體礦物特性方麵的應用進行瞭深入闡述。詳細描述瞭電子微探針（EMP）的定量分析流程，包括波長色散光譜（WDS）和能量色散光譜（EDS）的數據采集、校正模型（ZAF修正）以及在微區成分分析中的精度評估。 --- 第三部分：礦物學在地球係統科學中的應用 本部分將結構和實驗發現與地球科學的宏大問題聯係起來，探討礦物學如何驅動地球的演化。 第七章：地幔礦物學的結構與動力學 本章的核心是解釋地幔的物理狀態。詳細分析瞭橄欖石（Olivine）的晶體結構如何應對地幔的溫度梯度，特彆是其在高壓下的多晶型轉變（如橄欖石 $
ightarrow$ 尖晶石結構 $
ightarrow$ 柯石文 $
ightarrow$ 後尖晶石相）。探討瞭過渡帶（Transition Zone）中水對礦物穩定性的影響，以及水在礦物晶格中（例如，OH基團）的溶解機製和擴散途徑。本章也深入探討瞭高壓下粘滯度（Viscosity）與晶體缺陷（位錯密度）之間的耦閤關係，對地幔對流模型的構建提供瞭結構學基礎。 第八章：地核礦物學：鐵閤金與低速帶 本章專注於地球最深處的鐵鎳閤金的結構預測。結閤DFT（密度泛函理論）計算結果，分析瞭在超高壓下液態鐵的結構演化及其對地磁發電機的影響。討論瞭外核中輕元素（如S、O、Si）的溶解機製，以及這些元素如何影響閤金的熔點和密度。對於固態內核的結構，重點分析瞭六方緊密堆積（HCP）鐵與立方晶係（FCC）鐵的相圖，以及層狀矽酸鹽在D''層（Core-Mantle Boundary）的分解和反應過程，解釋瞭地震波低速帶的成因。 第九章：行星際過程與非地球礦物學 本章將視角擴展到太陽係內的其他天體。分析瞭隕石中發現的極端高壓礦物（如 হীর石、Shock Melt）的形成機製，利用衝擊波實驗數據重建瞭撞擊事件的壓力-時間曆程。討論瞭火星、月球錶麵水閤礦物（如粘土礦物、硫酸鹽）的形成環境及其對水循環曆史的指示意義。最後，引入瞭係外行星礦物學的概念，探討瞭圍繞不同恒星的行星在其內部可能形成的奇異礦物相，如富含碳或鎂的矽酸鹽結構，並預測瞭它們的熱力學穩定性。 --- 目標讀者與特色： 本書的深度和廣度使其成為材料科學傢、地球物理學傢、地球化學傢和行星科學傢的重要參考書。它不僅提供瞭堅實的理論基礎，更通過大量的實例和最新的實驗數據，展現瞭現代礦物學在解決地球係統科學重大問題中的前沿地位。本書的特色在於其計算礦物學與高壓實驗數據的有機結閤，強調理解原子尺度的基本原理如何驅動地球深部的宏觀現象。 ---
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