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探秘地核的化学元素之谜

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探秘地核的化学元素之谜

  上图:地球形成早期模型图:汇集到地球上的物质在熔融条件下分成两相,铁进入地核,硅酸盐留在地幔。

  下图:希腊字母alpha形状的结构图:Fe原子位于alpha形状的表面,硅原子和碳原子在alpha形状的内部。

 据国外媒体报道,准确地确定组成地核的元素的百分率是一件困难的事,这不仅是因为我们不可能通过直接测量的方法得出数值,而且此前的研究发现地核密度比纯铁在高温高压下的密度低,即所谓的“地核密度缺失(core density deficit)”,这表明地核中一定存在比铁轻的元素。然而,科学家近日借助分子动力学模型分析了组成地核的元素的精确百分率。

  科学家发现证据表明地球形成早期在岩浆洋(magma ocean)条件下出现了地核与地幔的分异,汇集到地球上的物质在熔融条件下分成两相,铁进入地核,硅酸盐留在地幔。所以科学家通常通过研究元素在液态铁和硅酸盐之间的分配获得地核的成分,他们开展了大量的高温高压实验来获得各种元素的配分系数。但由于受到条件的限制,他们从高温高压实验中获得的数据很少,一些重要元素,如对生命起源和气候环境变化具有重要意义的碳(C)的分配系数(partition coefficient)仍然缺失。

  中国科学院的张毅刚博士(Dr. Yigang Zhang)和美国加州大学戴维斯分校地质系的尹庆柱教授(Prof. Qing-Zhu Yin)合作,借助两相第一原理分子动力学(two-phase first-principles molecular dynamics)这种量子力学理论计算方法,获得了包括碳在内的一系列元素的分配系数。通过这些基础性的分配数据,他们进一步分析了地核和地幔中的碳、氮、氢、氦、磷、镁、氧和硅等元素的含量,旨在进一步研究这些元素对地核和地幔演化所起的作用
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