地球外核底部浆态F层的状态区划图

地震观测显示地球外核底部P波速度减缓，表明存在一个称为F层的稳定分层区域。这引发了一个重要问题：驱动地磁发电机的轻元素如何穿过稳定分层而不扰动它？我们将F层视为含有固相颗粒分散于液态铁合金中的浆体，这些颗粒在重力作用下向内核飘落。我们给出了一幅状态区划图，展示浆态F层的动力学如何随关键参数变化：Péclet数($Pe$)，即平流与化学扩散之比；Stefan数($St$)，即可感热与潜热之比；以及Lewis数($Le$)，即热扩散与化学扩散之比。我们得到了对应于稳定、部分稳定、不稳定和无浆体的四种状态。当层底热流超过层顶热流时无浆体；而当平流克服热扩散($Pe \gtrsim Le$)时，出现稳定分层的浆体，其存在于与地球核相关的广泛参数范围内。我们的结果估计，稳定分层的F层给出的最大内核边界(ICB)体波密度跃变为$\Delta \rho_\textrm{bod} \leq 534 \ \mathrm{kg} \mathrm{m}^{-3}$，这与文献中报道的地震观测下限相符，其中报告$280 \leq \Delta \rho_\textrm{bod} \leq 1,100 \ \mathrm{kg} \mathrm{m}^{-3}$。在高热导率下，该模型预测内核年龄为$0.6$至$1.2 \ \mathrm{Ga}$之间，与其他核演化模型一致。我们的结果表明，具有高核导率的浆体模型所预测的F层与地核的地球物理性质，与独立的地震与地球动力学计算相符。