铁氧体熔体在地球外核压力下的结构演化
材料科学
2025-11-26 v1 高能物理 - 实验
摘要
氧以及其他轻元素构成地球外核最高可达5%的质量分数，可能显著影响其物理特性和地球动力学的运行。本文报告了在177-438 GPa下对Fe、Fe + 4.5 FeO(原子比例)和Fe2O3熔体的原位X射线衍射测量，这些实验使用自由电子激光(XFEL)所实现的激光驱动冲击压缩完成。熔体表现出4.0(0.4)至4.5(0.4)之间的Fe-O配位数，表明主要为四配位环境。这些配位数显著小于铁掺杂的地幔相部，如桥石榔石和萤石。压缩后的铁氧体熔体中较短的Fe-Fe内原子距离导致更紧凑的构成，与常温熔体相比；在冲击条件下Fe + 4.5 FeO和Fe2O3熔体之间的结构差异表明氧化态调制了液态Fe中氧的溶解度。在约177 GPa(地球核心-地幔边界以下约380 km处)，Fe2O3熔体表现出更高的Fe-O配位数，这表明局部氧含量的变化可能为从地震和地磁观测推断的外核上层分层提供了贡献。
引用
@article{arxiv.2511.20144,
title = {Structural evolution of iron oxides melts at Earth's outer-core pressures},
author = {Céline Crépisson and Mila Fitzgerald and Domenic Peake and Patrick Heighway and Thomas Stevens and Adrien Descamps and David McGonegle and Alexis Amouretti and Karim K. Alaa El-Din and Michal Andrzejewski and Sam Azadi and Erik Brambrink and Carolina Camarda and David A. Chin and Samuele Di Dio Cafiso and Ana Coutinho Dutra and Hauke Höppner and Kohdai Yamamoto and Zuzana Konôpkovà and Motoaki Nakatsutsumi and Norimasa Ozaki and Danae N. Polsin and Jan-Patrick Schwinkendorf and Georgiy Shoulga and Cornelius Strohm and Minxue Tang and Harry Taylor and Monika Toncian and Yizhen Wang and Jin Yao and Gianluca Gregori and Justin S. Wark and Karen Appel and Marion Harmand and Sam M. Vinko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.20144},
year = {2025}
}
备注
14 pages, 7 figures, under review