3 GPa 以下 Fe-H 熔融曲线：对月球核心中氢的意义
材料科学
2026-04-15 v1 地球与行星天体物理
摘要
长期以来，人们认为在约3 GPa以下的压力下，氢在核心形成金属中的溶解量可以忽略不计，因此月球等小型地球体的铁核中不包含氢。本文我们进行了在 H 满饱和条件下对 Fe-H 系统进行的高压熔融实验，结合同步 X 射线衍射（XRD）测量。结果显示，Fe-H 熔融曲线在 1.0-3.3 GPa 条件下显著低于 Fe 的熔融曲线，表明即使在低于 1 GPa 的压力下，氢也被 incorporation 到液态铁中，且随压力升高而增溶。基于从 XRD 数据中推导出的液态 Fe-H 的密度，我们发现在 3.6 GPa 时，氢在液态铁中的溶解度约为 0.9 质pct，在 5 GPa 时可能增至 1.2 质pct，对应于月球核心条件。这种 1.2 质% 的氢导致密度降低约 9%，这可能完全解释了月球核心相对于铁的密度缺失，取决于来自地震学数据的密度估计。
引用
@article{arxiv.2604.12222,
title = {Fe-H melting curve below 3 GPa: Implications for hydrogen in the lunar core},
author = {Jun Takeshita and Kei Hirose and Suyu Fu and Fumiya Sakai and Koutaro Hikosaka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.12222},
year = {2026}
}
备注
Main text: 13 pages; Figures (main text): 4; Supplementary information: 9 pages; Figures (supplementary information): 4; Table (supplementary information): 1