报告开始:2023年05月06日 08:10(Asia/Shanghai)
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所在会场:[SP] 张贴报告专场 [SP-9-1] 9、地球物理与大地测量
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地核主要由铁镍合金组成,并含有少量(~10wt%)的轻元素(例如 Si、S、O、C、N 和 P)。金属核的热导率和电导率都是关键的参数,可以限定通过地核的绝热热流密度以及内核的年龄等重大地质信息,这些信息也有助于我们了解地核的热发电机的状态。现有的研究认为,地球核幔边界处的电阻率可能在>90 μΩ∙cm,其可能对应的热导率> 100 W/m/K。但是热导率测量实验结果表明地球核幔边界的热导率可能不高于50 W/m/K。这之间巨大的分歧会导致我们对地核的热演化产生截然不同的认识。如果地核是高热导率状态,那么内核可能在距今约7亿年前开始结晶生长;相反,低热导率状态下,内核开始结晶的时间可能是距今33亿年。所以确定地核的热导率至关重要。我们通过实验和计算方法,对hcp铁,hcp相铁硅合金和B2相铁硅合金在2-150 GPa和300-4100K的温度压力条件下的电导率和热导率进行了研究。通过计算方法,我们重现了室温高压条件下纯铁的电阻率和热导率。同时,我们计算了高温高压条件下纯铁和铁硅合金的Lorentz number,并对电子-电子相互作用经行了校正。基于Wiedemann-Franz 定律、实验的电阻率数据以及校正后的Lorentz number,我们对地球核幔边界条件下的铁和铁硅合金的热导率进行了限定。我们发现hcp铁和hcp相Fe9wt%Si合金在地球核幔边界条件下的热导率大于90 W/m/K。同时,富硅的B2相铁硅合金具有更低的热导率,这可以解释实验中测量到的低热导率数据。综上,我们认为地核核幔边界的热导率的下限为 70-90 W/m/K,属于高热导率环境。并且,B2相的FeSi合金(铁硅摩尔比1比1)具有异常高的热导率,可能导致核幔边界存在热导率异常区域。高热导率的地核意味着核幔边界早期温度很高,存在一个长期的底部岩浆洋,并维持早期的地磁场。
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