高压下Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度

采用反向碰撞法与光分析技术,测量了Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)(质量分数比)在208GPa下的声速,发现固态Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的纵波声速在144GPa下开始减小,直到165GPa完全转变为液态体波声速,表明样品的完全熔化温度为(3 500±400)K。将该熔化温度作为参考点,应用Lindeman定律并外推至地球内外核边界可知,Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度为(5 000±400)K。通过比较Fe、Fe-O、Fe-S以及Fe-O-S的熔化温度,发现O元素对Fe熔化温度的影响很小,S元素对Fe熔化温度的降低与其含量成正比。如果外地核中S的质量分数为2%~6%,则地球内外核界面温度为5 000~5 400K。

水绿矾的状态方程和高压熔化

用阻抗匹配法和压电探针技术测量了初始密度为 1.714g/cm3(孔隙率α =ρ0 / ρ0 0 =1.898/ 1.714 =1.10 7)的水绿矾 (FeSO4 ·7H2 O)的冲击压缩线 ,发现其在 0～ 10 0GPa范围内存在两个明显相区 :含有部分熔融的低压相和完全熔化的高压相。在两个相区内 ,冲击波速度D和波后粒子速度u可分别描述为 :D =0 .5 9+2 .0 6u(u <3.12km/s)和D =3.18+1.2 2 3u(u≥ 3.12km/s)。从冲击压缩数据出发 ,用欧拉有限应变理论得到了其等熵状态方程。其熔化方程可用pm(GPa) =0 .15 9(Tm(K) / 10 0 0 ) 6.3371+0 .69来近似描述。

外核液态铁粘滞度的分子动力学研究

地球外核液态铁的不断流动造成了地球磁场 ,决定这一流动的基本性质之一是剪切粘滞度。研究外核液态铁的剪切粘滞度对认识地球磁场的运转机制具有非常重要的意义。地震波和大地测量研究表明地球内部除了剪切衰减外 ,还具有体积衰减。研究外核液态铁的体粘滞度对认识地球内部非弹性性质具有重要意义。由于外核所处的温度和压力状态 ,目前还无法从实验的角度对外核的粘滞度进行测量 ,因此必须采用实际观测和理论模拟计算相结合的方法。在考察了地球外核的主要成分和所处的温压状态后 ,简要介绍了研究外核的一种有效的理论方法———分子动力学。在此基础上 ,重点评述了国际上对外核液态铁剪切粘滞度和体粘滞度的研究现状。在剪切粘滞度方面 ,理论计算值位于实际地球观测值区间的下限。在体粘滞度方面 ,理论计算与实际地球观测之间均存在巨大的差别。这一巨大差异的解决将加深人们对地球内部非弹性性质的认识。

外核黏性对地磁场发电机数值模型的影响

地磁场发电机过程由数学方程组和输入参数所控制.为研究发电机参数对系统的影响,本文使用MoSST模型模拟了在外核黏性ν变化下发电机模型的输出.通过使用跨越近3个量级的ν值,着重研究了各物理场及其典型尺度随黏性的变化.发现黏性变化显著影响流场;磁场随ν增加而近乎单调减小,但变化幅度不超过30%;温度扰动随ν增加而小幅(6%)单调增加.经过拟合,得到外核流速u和黏性ν的比例关系:u~ν0.49.流速随黏性增加的现象本质上是由于黏性增加打破了Taylor-Proudman约束,使得临界Rayleigh数减小,从而在相同的驱动力下带来了流速的增加.此外,作用力平衡分析发现,随着ν的变化,系统在几种平衡模式间切换.通过与之前比例关系的研究对比,本研究支持在一定范围内,磁场与黏性关系不大的结论;但反对流速与外核黏性无关的假设.

地球外核动力学性质研究

地球的外核处于地球2900-5100km深度之间,处于液态。而从5100-6371km处的内核为固态。 在整个地球演化过程中,地球外核起着极其重要的作用。首先,它是地球磁场的来源,通过外核液态铁的流体运动(Geodynamo),产生磁场。地球磁场与我们的日常生活密切相关,它能够保护我们不受宇宙带电粒子的侵袭,是进行航海的方向标。在建立板块构造学说过程中,地球磁场在大洋板块中留下的痕迹曾起了决定性作用。其次。