热导率和化学黏度非均匀性对下地幔原始热-化学体长期演化的联合影响:二维数值模拟

地幔矿物的热导率是影响地幔热-化学演化的重要因素.矿物物理研究揭示了地幔热导率存在与深度及成分相关的非均匀性,研究非均匀热导率对地幔热-化学结构长期演化的影响,对理解地球内部演化具有重要意义.同时,下地幔成分差异也可能引起化学黏度的改变.文章基于原始地幔物质假设,通过二维热-化学地幔对流模拟,系统地研究了随深度和成分变化的热导率和随成分变化的黏度对于地幔热-化学结构长期动力学演化的联合影响.研究表明,增大随深度变化的热导率会增大核幔边界热流,将使得原始地幔物质更易于汇聚成较大的块体(例如大型剪切波低速体,LLSVPs);下地幔随成分变化的热导率只会略微降低原始地幔物质汇聚形成的热-化学体的稳定性并轻微增加抬升高度,增加热-化学体内的残差温度.如果原始地幔物质具有较高的化学黏度(例如,比周围地幔高20倍),其演化形成的大型热-化学体稳定性将会降低;而随成分变化的热导率会放大由于化学黏度差异引起的失稳效应,导致类似LLSVPs的大型热-化学体无法长期稳定存在于核幔边界区域.因此热导率和黏度非均匀性对下地幔热-化学结构的联合影响非常重要.