自旋转变下铁方镁石的高温高压弹性特性
- 作者：吴忠庆J.F.JustoR.M.Wentzcovitch
- 会议时间：2014-10-19
- 关键词：地幔结构 ; 铁方镁石 ; 高温高压弹性特性 ; 自旋转变
- 作者单位：吴忠庆(中国科学技术大学地球和空间科学学院 地震与地球内部物理实验室 合肥 230026)J.F.Justo(巴西圣保罗大学)R.M.Wentzcovitch(美国明尼苏达大学化工材料系)
- 母体文献：2014年中国地球科学联合学术年会论文集
- 会议名称：2014年中国地球科学联合学术年会
- 会议地点：北京
- 主办单位：中国地球物理学会
- 语种：chi
- 分类号：TV4;TU5
摘要
利用Wu和wentzcovitch发展的计算弹性新方法计算量不到常规方法的十分之一,且保持计算精度,我们计算了整个地幔温压范围内铁方镁石的弹性特性,通过理论分析指出铁方镁石的立方对称性决定了铁磁矩转变只会显著降低体模量、对剪切模量没有类似的效果。但在高压实验很难做到完全静压,出现的偏压会破坏铁方镁石的立方对称性,从而导致横波波速的反常降低。这比较好的解释了发表在Science的铁方镁石弹性实验测量结果问的分歧,Crowhurst等人显示剪切模量象体模量一样也会反常降低,但Marquatdt等人等则没有观察到剪切模量这种变化。通过比较矿物聚合体在地幔温压条件下的波速和地球深部的波速可以有效得限定地幔的组分。然而,受限于高压高温实验条件和测量技术,相关矿物在地幔温度和压强条件下的弹性波速测量数据很有限,必须将这些有限的实验数据进行很大程度的外延才能讨论下地幔的成分等关键问题。2012年Murakami等人借助于这种外延得出了下地幔主要是钙钛矿(>93%)组成的结论,与以往高温高压研究所得的地幔岩(pyrolite模型,~800/a钙钦矿)结论完全不同,他们的工作在Nature上发表。避免外延的一个有效方法是利用第一性原理计算,第一性原理计算发现Murakami等人的外延过程引入大的误差,因为计算的结果跟所有测量的实验数据都能很好符合,但Murakami等人的外延铁方镁石横波波速则普遍比计算的结果要小-90/a。计算表明地幔岩是下地幔很好的组分模型。自旋转变下的弹性特性也有力的帮助人们深化对地球内部结构的认识。