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科研进展
下地幔铁方镁石自旋转换的动力学影响
来源:海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室     通讯员:李杨     2018-08-08 11:38:40
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在地幔内部,随着温度和压力的增加,矿物结构会发生改变,从而使其物理性质发生变化,这种变化会影响到地幔内部的动力学演化过程。近年来,矿物物理学研究发现在中-深部地幔,铁方镁石可以从高自旋状态逐渐转换成低自旋状态,密度及其他相关物理性质也会随之改变(图1),但受限于高温压条件及实验观测时间,目前对这种自旋状态变化所引起的全地幔动力学影响研究还非常有限。


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图1 a. 铁方镁石发生/不发生自旋转换所导致的密度差异;

b. 数值模拟中密度模型与PREM密度模型的比较


针对这一问题,海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室科学家、中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室大陆岩石圈演化动力学学科组李杨副研究员、赵亮研究员与合作者一起结合实验/计算矿物物理研究结果,通过动力学数值模拟手段,系统地研究了铁方镁石中二价铁发生自旋转换对于地球地幔对流以及存在于下地幔的大尺度低速体结构和长期稳定性的影响。研究结果表明,铁方镁石中铁自旋转换对于地幔的长期演化起次要作用,对下地幔大尺度低速区的形态起到一定的弱化作用,从而更容易形成更符合地震学观测到的陡峭边缘(图2)。该研究成果为后续进一步探索下地幔热-化学-相结构的长期演化规律提供了参照和约束。


02B.jpg

图2 a.模拟得到的密度分布及残余密度差异;

b. 模拟得到的一维密度曲线与PREM密度模型的比较


研究成果发表于Geophysical Research Letters。(Li Y, Vilella K, Deschamps F, et al. Effects of iron spin transition on the structure and stability of large primordial reservoirs in Earth's lower mantle[J]. Geophysical Research Letters, 2018, 45(12): 5918-5928.DOI: 10.1029/2018GL078125)


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