[张贴报告]计算和实验方法对铁和铁硅合金在高温高压下的电子输运性质的研究

计算和实验方法对铁和铁硅合金在高温高压下的电子输运性质的研究
编号：1955 稿件编号：2092 访问权限：私有 更新：2023-04-10 23:05:51 浏览：122次 张贴报告

报告开始：2023年05月06日 08:10 （Asia/Shanghai）

报告时间：1min

所在会议：[SP] 张贴报告专场 » [SP-9-1] 9、地球物理与大地测量

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摘要

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。

关键字
地核,矿物物理,热导率
报告人
尹远
中国科学院地球化学研究所

稿件作者
尹远 中国科学院地球化学研究所
王林 拜罗伊特大学
翟双猛 中国科学院地球化学研究所
刘耘 成都理工大学;中国科学院地球化学研究所
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