美国科学家近日通过模拟深层地幔环境，发现两种主要地幔矿石中的Fe³⁺离子浓度决定了这一区域的热传导，而Fe²⁺离子的作用比预想的要小得多。这一发现对当前的地幔动力学模型提出了质疑。相关研究论文发表在11月13日的《自然》（Nature）杂志上。

 

要理解地球的演化，包括大气中氧的出现、火山和地震的成因，科学家需要探测非常深的下地幔——地表下方660到2900公里的区域。

 

论文第一作者、美国卡内基研究所的Alexander Goncharov解释说：“下地幔位于地核上方，压力从23万倍到130万倍海平面大气压不等，温度大约从2800到6700华氏度不等。80%的地幔是由含铁的硅酸盐钙钛矿构成，其余则是低铁方镁石。这两种矿石中的铁元素都对地幔性质有很大的影响。”

 

Goncharov与其他研究人员开发了一套新的光谱学系统，来解释地幔物质如何从波长为红外至紫外的电磁波中吸收热量。研究人员将矿石置于相当于地幔处压力的环境中——室温下高达130万个大气压，结果发现，热吸收与硅酸盐钙钛矿和低铁方镁石中Fe³⁺离子的含量密切相关。硅酸盐钙钛矿在可见光和近红外光下的的热量吸收实验显示，Fe³⁺离子氧化过程中的电荷转移对热吸收具有决定性作用。

 

论文合著者Viktor Struzhkin说：“实验结果显示，地幔中铁离子含量以及其获得和失去电子的过程决定了地幔这部分的热导率，我们需要利用这些新收集的信息，来重新审视地幔柱和这一区域的其他动态特性受到的影响。”(科学网 徐青/编译)

 

（《自然》（Nature），doi:10.1038/nature07412，Alexander F. Goncharov，Benjamin D. Haugen）