高温高压下液态Fe-8.6 wt%Si的声速和密度:富Si地核的证明

在前人的研究基础上,我们建立了新的热力学模型来计算高温高压下液态Fe和Fe-8.6 wt%Si(简称Fe-8.6Si)的状态方程(EOS)和纵波声速(VP).计算结果与静高压和动高压实验测量的EOS和VP一致.在外地核环境下,液态Fe-8.6 Si的EOS和VP同时与外地核的地震波数据一致.如果Si是外地核中唯一的轻元素,其含量不超过7.6~8.6 wt%.

通过第一性原理预测内地核的成分与结构

内地核成分与结构的确定一直是地球深部研究的重要课题。目前地核的公认成分是铁和少量的镍。但由于地核密度低于纯粹的铁镍合金(固态内核2%～3%,液态外核6%～7%),其中必定掺杂有一定量的轻元素,其种类与浓度有待确定。除成分外,地核条件下铁的晶体结构也存在争议。根据地震学观测,声波沿地轴方向的传播速度比赤道平面方向快大约3%～4%。这意味着内地核是各向异性的;但在极端高压下,晶体结构中的原子应该按致密的密排六方结构(h.c.p)排列,而h.c.p结构对声波传输是高度各向同性的,这就需要确定地核条件下铁的晶体结构。根据第一性原理计算得到的高压下体系能量以及爱因斯坦谐振子模型,本项研究估算了给定结构的自由能以及掺杂轻元素后的影响。根据计算结果可以定性的分析得出,在高压OK下致密的h.c.p结构显然比疏松的体心立方(b.c.c)更稳定;而随着温度的升高,原子核的振动造成b.c.c结构的自由能比h.c.p结构下降得更快,因此在高温下b.c.c结构更稳定;掺杂轻元素后,这种优势变得更加明显,而3.6at.%的Si则恰好同时解释了2%～3%的密度缺失和b.c.c结构在内地核条件下的稳定性。因此我们建议内地核的基本结构与成分应为以体心立方结构存在的铁,掺杂约3.6at.%的硅元素,内地核温度至少在5500K以上。这一结论与其它更复杂的方法得到的结果一致。

地核能量的积累与释放

地核不仅具有巨量热能，而且有巨量旋转能，这是地球能量释放的内因；天文因素使地核产生周期性的南北振荡，是地球能量间歇性释放的外因。地质旋回与天文周期直接相关。

地核的热输运性质与地核对流的驱动机制

地球之所以能成为宜居性行星的一个关键因素是其具有已存在约35亿年的全球性磁场(Tarduno et al.,2010),它保护着地球上的有机生命体免受太阳和宇宙的有害射线。地磁场是由地心液态金属核的带电对流产生(Buffett,2000),需要持续的能量予以驱动和维持.一般认为,成分对流(chemical/compositional convection)和热对流(thermal convection)是驱动地核对流的两种主要方式.

自由地核章动的时变特性

对VLBI观测确定的IAU1980章动模型的天极偏移序列进行分析，结果显示自由地核章动在1990年以前的幅值比其后为强，其时变强度比周年受迫章动的为大．另外，小波变换的时频谱分析结果显示在天极偏移序列中存在一幅值约0．1毫角秒的准两年周期信号．仅从目前的数据分析结果尚不足以确定此信号与顺向自由地核章动之间的关系，进一步的观测检，验和深入的内核动力学研究是非常必要的．

银河旋臂、地核环流与地球大冰期

地球在其约４６亿年的生命史中，多次出现大冰期，关于其形成原因是地球科学家研究的热门课题。促使地球系统演化的力源主要来自哪一圈层？气体具有最大的激活能，但大气圈仅占地球总质量的１０－６，它不可能是主要圈层。固态的激活能最低，下地幔和地内核亦不大可能在地球系统演化中扮演主要角色。地球外核是液态，具有较高的激活能，它约占现代地球系统总质量的３０％，故可认为它是地球系统演化的主要活动圈层。作为旋转地球上的流体，外核环流存在着两种极端流型：一是“地转流型”，其速度场是二维场，垂直运动很弱（以下简称为Ｇ型）；二是“强对流型”，当Ｅｌｓｓａｓｅｒ数≥１时，流场的二维几乎完全被Ｌｏｒｅｎｚ力所破坏，对流充满整个地核（以下简称Ｃ型）。文章在事实分析的基础上提出了地球大冰期形成的如下假说：当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性符号相同时，外磁场将激发地球外核环流转为Ｃ型，引起地壳和地幔强烈的垂直运动（强造山运动），致使大气热机效率亦大为提高，高纬地区强降温，这是大冰期形成的根本原因。这一假说的逆表述，即当地球背景磁场与银河旋臂磁场极性相反时，地核环流将转向Ｇ型，地壳表面将主要是“夷平作用”，致使大气热机效率亦降低，行星风系减弱，高纬?

潮汐解算中地核问题的分析

随着地球模型越来越接近真实地球，对潮汐的数值模拟理论也不断深化，潮汐解算过程中随之将出现新的问题。在解算三维地球模型潮汐响应前，首先要获得径向对称地球模型沿径向的分布，其中最大的困难是在地核中的解算，本文通过一转换解决了这一问题。

地核的动力作用

在重力分异过程中，地球的质量在向地心集中的同时，其自转动能也向地核集中，从而产生地核、地幔和岩石圈三者的差异旋转运动。因重力位能降低而释放的大量能量，并未完全变为热能，其中有一部分变为地核的自转动能。这部分能量的存在和释放，为地磁效应，液核对流和热幔柱形成提供能源和动力。

南丹铁陨石物态方程用于地核的研究

从南丹铁陨石的物态方程和地球的PREM模型出发,求得内外地核交界面处的物质密度为12.83—13.419/cm^3,温度为5440—5680K;地心处物质密度为13.12—13.73g/cm^3,温度为5660—5990K,推估内地核可能由铁镍合金组成.

热幔柱构造与地核热能

地核内部的压力和温度比以前人们的设想高得多。地核加热部分下地幔使之在地幔中升起形成热幔柱。有些热幔柱穿透岩石圈在地表形成热点，其余热幔柱消溶在上地幔形成热室。这是上地幔在结构和温度上不均匀的原因．也是激发控制全球变化的头等重要因素。

球粒陨石富金属Fe Ni相的高压熔融实验与地核形成机制的探讨

选用吉林陨石富金属相,在3GPa压力、405℃～1850℃温度下,采用两种组装方式进行实验。并与先前肇东陨石全岩样的高压熔融实验进行比较。三个系列实验结果的综合对比表明,高温高压下球粒陨石中金属和硫化物经历了固相扩散、熔融和熔体聚集的过程。固相扩散使金属与硫化物彼此结合,形成了若干个小的FeNi-FeNiS二元系,使其在比Fe-Ni熔点低的温度下熔融形成Fe-Ni-S熔体。该熔体与硅酸盐熔体不相混溶,因而发生自身的合并与聚集。其合并和聚集速率与硅酸盐粘度有关。实验过程中陨石里的磷酸盐矿物可以被还原,使单质P进入金属硫化物相。这些实验结果为讨论地核的形成机理提供了依据。

关于地核和核幔边界区物质的成分及运动特征的研究进展

近年来关于地核和核幔边界区的研究有了较大进展，特别是高压矿物物理学和高压岩石学提供了大量有关的实验依据。本文对核幔边界区Ｄ＂层物质的运动状态、外核中轻元素成分的实验研究结果、内核地震波各向异性的物质解释及有关地磁场成因的新认识等方面的研究成果进行简要介绍和评述。

甘肃山地核桃园土壤水热和养分的变化特征

为给核桃园土壤管理提供理论依据,对甘肃省康县和清水县核桃园土壤温度、水分变化和矿质养分含量进行了测定与分析,探究了山地核桃园土壤水热和养分的变化特征。结果表明:核桃生育期土壤温度变化曲线呈倒"V"形,不同深度(20~80 cm)土层的年平均温差小于1.0℃;随着土层深度的增加,土壤温度的变幅减小,土壤最高、最低温度的出现时间均推后;坚果生长前期(坐果期至硬核期),土壤温度随土层深度的增加而降低,而坚果生长后期(硬核期至成熟期)不同土层的温度相近;土壤温度的变异系数(CV,%)随土层深度的增加而降低。土壤含水量也随土层深度的增加而增加,而其变异系数也随之降低;20 cm深的土壤含水量的变幅最大,80 cm深的变幅最小,平均变异系数为2.42%~5.84%;不同土层的土壤含水量表现为,核桃生长前期的变幅较大而生长后期的变幅较小。土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾及硼、锌含量随土层深度的增加均呈降低趋势;全磷、全钾含量差异不大;钙、镁含量随土层深度的增加而呈降低趋势(康县试验园)或较大变化特征(清水县试验园);两地土壤偏碱性或碱性。

外地核中U、Th的分布、核裂变及其对地球动力学的影响

笔者认为地球的外地核中存在大量的生热元素U和Th,它们正是驱动地球内部物质运动、包括板块运动的主要动力。按照地震波资料,地球内部最热的地区在太平洋中部,地磁资料表明地磁中心及相应的热对流中心也向太平洋板块偏离400km,因此U、Th更多地富集在太平洋之下的外地核中。前寒武纪天然核反应堆的发现及行星质量与光度的研究显示,外地核中的U、Th存在周期性核裂变,太平洋热点火山岩及其包体中富集与U、Th核裂变或衰变有密切成因联系的惰性气体也说明了这一点。外地核中的U、Th存在周期性的核裂变可能是地质历史中超静磁带形成的主要原因,也可能是地球上火山活动等地质作用存在节律性及地球膨胀的原因。

地核物态及其量子地球动力探讨

根据量子力学原理对地核物质状态进行分析 ,简要计算了现代地球内核超固态物质原子中被公有化电子的平均值、地核物质的公有化自由电子浓度、现代地球内核中自由电子平均运动速度、早期产生地核物质量子效应的自引力压强临界值和起动地球整体膨胀的自引力压强、地核发生超固态量子力学效应所需要的能量等参数。内地核物质很可能是在超高压环境下形成的一种特殊物质状态──超固态。地核超固态产生的量子排斥压强超过地球自引力收缩压强的临界值时 ,导致地球发生整体的膨胀 。

为农村集体土地核发“身份证”——解读《关于农村集体土地确权登记发证的若干意见》

1,出台背景：规范确权,保护农民权利。我国农村集体土地确权登记发证工作开展已有10年之久，截至目前，农村集体土地确权登记已完成逾70％。周土资源部地籍管理司司长朱留华说：“土地确权登记，本质上是为保护农民的土地权利。只有搞清楚地是谁的,准在用，才能为维权提供依据。《意见》的发布，不仪为农村土地确权登记提供了规范和政策依据，进一步扫清了确权登记工作中的障碍，也为更好地保护农民权利奠定了基础。我们力争按照去年中央一号文件要求，在2012年底完成此项工作。”

银川基准地震台记录地核界面波特征初探

对2004-2009年银川地震台数字地震仪记录的数字观测波形资料进行震相分析,总结震中距30°-50°范围内地核界面反射波PcP、地核界面反射转换波ScP的震相特征。结果表明,在30°-50°范围内,银川地震台对于地震频发的印度尼西亚震区地核界面反射波PcP、地核界面反射转换波ScP的记录最为清晰。

锦屏深地核天体物理实验室屏蔽计算

锦屏深地核天体物理实验室(JUNA)为核天体物理关键反应的研究提供了极低本底环境,加之400kV强流高稳定加速器的使用,使核天体物理感兴趣能区(伽莫夫窗口)的直接测量成为可能。而同时为避免加速器产生本底破坏锦屏深地实验室的超低本底环境,需估算加速器运行本底,进而对核天体物理实验室进行整体屏蔽。以屏蔽系统的初步设计方案为基础,基于中国核数据中心推荐的综合评价核数据库CENDL-NP,采用MCNP方法对其进行了模拟计算。计算过程采取了权重窗技巧与改变几何条件相结合等方法来减小方差,以提高MCNP方法在计算深穿透问题时的准确性。计算结果表明,该实验室的屏蔽系统对加速器引起的本底进行了有效的屏蔽。

对近地核爆火球色温第一峰值的估计

通过对测点处核爆光信号辐照度值的理论推算与实测结果的对照分析揭示了:近地核爆火球色温第一峰值既不是2×104K,也不会是8×104K.而应约为3×104K;还推知,就以硅宽波段光电传感器而言,相应于核爆光辐照度第一、二峰的光电流(和)值之间,恒满足。