CAJ | 학술논문

内地核成分与结构的确定一直是地球深部研究的重要课题.目前地核的公认成分是铁和少量的镍.但由于地核密度低于纯粹的铁镍合金(固态内核2%～3%,液态外核6%～7%),其中必定掺杂有一定量的轻元素,其种类与浓度有待确定.除成分外,地核条件下铁的晶体结构也存在争议.根据地震学观测,声波沿地轴方向的传播速度比赤道平面方向快大约3%～4%.这意味着内地核是各向异性的;但在极端高压下,晶体结构中的原子应该按致密的密排六方结构(h.c.p)排列,而h.c.p结构对声波传输是高度各向同性的,这就需要确定地核条件下铁的晶体结构.根据第一性原理计算得到的高压下体系能量以及爱因斯坦谐振子模型,本项研究估算了给定结构的自由能以及掺杂轻元素后的影响.根据计算结果可以定性的分析得出,在高压0K下致密的h.c.p结构显然比疏松的体心立方(b.c.c)更稳定;而随着温度的升高,原子核的振动造成b.c.c结构的自由能比h.c.p结构下降得更快,因此在高温下b.c.c结构更稳定;掺杂轻元素后,这种优势变得更加明显,而3.6at.%的Si则恰好同时解释了2%～3%的密度缺失和b.c.c结构在内地核条件下的稳定性.因此我们建议内地核的基本结构与成分应为以体心立方结构存在的铁,掺杂约3.6at.%的硅元素,内地核温度至少在5500K以上.这一结论与其它更复杂的方法得到的结果一致.
내지핵성분여결구적학정일직시지구심부연구적중요과제.목전지핵적공인성분시철화소량적얼.단유우지핵밀도저우순수적철얼합금(고태내핵2%～3%,액태외핵6%～7%),기중필정참잡유일정량적경원소,기충류여농도유대학정.제성분외,지핵조건하철적정체결구야존재쟁의.근거지진학관측,성파연지축방향적전파속도비적도평면방향쾌대약3%～4%.저의미착내지핵시각향이성적;단재겁단고압하,정체결구중적원자응해안치밀적밀배륙방결구(h.c.p)배렬,이h.c.p결구대성파전수시고도각향동성적,저취수요학정지핵조건하철적정체결구.근거제일성원리계산득도적고압하체계능량이급애인사탄해진자모형,본항연구고산료급정결구적자유능이급참잡경원소후적영향.근거계산결과가이정성적분석득출,재고압0K하치밀적h.c.p결구현연비소송적체심립방(b.c.c)경은정;이수착온도적승고,원자핵적진동조성b.c.c결구적자유능비h.c.p결구하강득경쾌,인차재고온하b.c.c결구경은정;참잡경원소후,저충우세변득경가명현,이3.6at.%적Si칙흡호동시해석료2%～3%적밀도결실화b.c.c결구재내지핵조건하적은정성.인차아문건의내지핵적기본결구여성분응위이체심립방결구존재적철,참잡약3.6at.%적규원소,내지핵온도지소재5500K이상.저일결론여기타경복잡적방법득도적결과일치.