《高溫高壓下硫元素對純鐵的聲速的影響》是依託武漢理工大學，由黃海軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高溫高壓下硫元素對純鐵的聲速的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃海軍
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
外地核物質的成分、狀態以及由此引發的運動與保護人類生存的地磁場密切相關。當地質學家依據通過地球內部的地震波分析外地核物質的成分、結構及礦物學和物理狀態等信息時，必須要了解地核候選物質在外地核區高溫度、高壓強環境下的彈性信息。為了了解外地核中輕元素對純鐵的聲速的影響，本項目選取外地核中的S作為研究對象，利用動高壓載入技術測量FeS、Fe-FeS混合物在高溫高壓下的聲速，並經理論分析建立公式來定量分析S在高溫高壓下對純鐵的聲速的影響。如果此公式對其它元素亦成立，將對外地核中輕元素的種類、含量以及外地核的成分對流、地磁場產生的機理等具有非常重要的意義。
結題摘要
根據地球物理、地球化學、高壓實驗等方面的研究，現已確定外地核的主要成分是液態鐵（Fe），同時含有約10wt%的輕元素。儘管輕元素的含量很少，但是卻對發生在地核內部的許多重大地球物理事件產生重要的影響：例如外地核的冷卻速率，固體內地核的生長，地核對流的動力學機制，以及地球磁流體發電機的運行與演化。經過長期研究，人們認為這些輕元素有可能為碳（C）、氫（H）、氧（O）、硫（S）、矽（Si）的一種或幾種，但是有關這些輕元素的種類和含量至今仍存在大量的爭論。在上述輕元素中，根據宇宙化學方面的證據以及地球早期吸積過程中的化學反應，人們認為Ｏ元素是外地核中的主要候選輕元素之一。而外地核中Ｏ的含量對於解釋地球早期吸積過程中的氧化狀態、溫度、壓力等具有重要意義。為了限定外地核中O含量，我們對Fe-O-S （Fe-2.2wt%O-5.3wt%S, 簡寫為Fe92.5O2.2S5.3; Fe-11.8wt%S, 簡寫為Fe98.2S11.8）體系在衝擊狀態下的狀態方程、聲速和高壓熔化行為進行了實驗研究。並與已測的Fe90O8S2體系的聲速相比較，發現在相同的密度下，Fe98.2S11.8的體波聲速比FeFe90O8S2低，但是比Fe92.5O2.2S5.3高。上述實驗結果表明，在相同的密度下，O對Fe的體波聲速的影響要明顯大於S。在外地核的溫度和壓強環境下，同其它成分相比，Fe90O0.5S9.5體系的密度和聲速與外地核更匹配。這就排除了Ｏ元素作為外地核主要候選輕元素的可能性，因為在鐵中加入Ｏ元素就會致使其密度和聲速與外地核不匹配。而貧氧外地核則說明早期地球吸積過程是在還原條件下完成的。
