摘要
前人的理论研究发现，一定范围内的浓度变化对矿物间的平衡同位素分馏(103lnα)有显著的影响。基于密度泛函理论(DFT)方法，研究了镁橄榄石(Fo)中Ca含量对其平均钙-氧键长和44Ca/40Ca的简约配分函数比(103lnβ)的影响。我们的结果表明，当Ca/(Ca+Mg)从2/16降低到1/64时，镁橄榄石的平均钙-氧键长从2.327(A)降低到2.267(A)。然而，当Ca/(Ca+Mg)低于1/64时，平均钙-氧键长对Ca含量变化不敏感并保持不变。由于103lnβ与平均钙-氧键长呈负相关，因此当1/64＜Ca/(Ca+Mg)＜2/16时，103lnβ随着Ca/(Ca+Mg)的降低而显着增加。因此，镁橄榄石和其他矿物之间的44Ca/40Ca的103lnα也强烈依赖于镁橄榄石中的Ca含量。 结合前人的研究结果，发现矿物中重钙同位素的富集顺序为:镁橄榄石＞斜方辉石＞单斜辉石＞方解石≈透辉石＞白云石＞文石。相对于辉石和碳酸盐矿物，橄榄石更富集重Ca同位素。虽然Ca/(Ca+Mg)为1/64的镁橄榄石与单斜辉石(Ca/Mg=1/1，即透辉石)之间的平衡同位素分馏系数在1200K时高达～0.64‰，但镁橄榄石对岩浆过程中的Ca同位素变化影响不太显著，因为镁橄榄石的Ca含量远低于火成岩中的辉石的钙含量。然而，由于103lnαFo-diopside的值远大于当前Ca同位素测量的分析精度，103lnαFo-diopside对温度的依赖曲线可用作地质温度计，类似基于斜方辉石和透辉石之间的103lnα的地质温度计。这两种Ca同位素地质温度计都有与元素温度计相当的精度，并可对温度提供独立约束。同时，结合前人的研究工作，认为将来的同位素研究应把矿物间平衡同位素分馏的成分效应考虑进来。
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