体成分对类地系外行星长期内部-大气演化的影响

目的：类地行星的 secondary atmospheres（次生大气）随地质时间通过与内部相互作用而形成并演化。我们旨在量化行星体成分对地球尺寸类地行星内部—大气演化的影响，以助益对未来类地系外行星大气观测的解释。方法：我们使用地球化学模型确定行星形成后岩浆洋结晶随之而来的行星内部主要元素成分（MgO、FeO 和 SiO2），预测内部的成分剖面作为我们长期热演化模型的初始条件。我们的 1D 演化模型预测了内部的压力—温度结构，并用以评估近地表熔融产生及随后的挥发分脱气。挥发分依据质量守恒在内部与大气间交换。结果：基于 Hypatia 星表报告的恒星成分，我们预测约半数岩石系外行星具有作为单层对流的地幔（全地幔对流），另一半因中地幔成分边界的存在而呈现双层对流。双层对流在体行星铁含量高且 Mg/Si 比低的行星上更可能出现。我们发现低 Mg/Si 比的行星因地幔黏度高地冷却缓慢。相应地，低 Mg/Si 行星也倾向于通过广泛熔融迅速丢失挥发分。此外，岩石圈的动力学体制（板块构造 vs. stagnant lid（停滞盖））对热演化与挥发分循环具有一阶影响。这些结果表明，类地系外行星大气的成分可提供关于岩石圈动力学体制及内部热化学演化的信息。