含 Fe2+ 布里奇曼石的热弹性

我们给出了组分为 (Mg$_{(1-x)}$Fe$_{x}^{2+}$)SiO$_3$ ($0\le{x}\le0.125$) 的布里奇曼石高温弹性性质的 LDA+U 计算。Mg 端元 (x=0) 的弹性模量与声速结果与最新高压高温实验测量吻合极好。在含铁矿物体系中，我们特别关注亚铁离子在 $\sim$30 GPa 以上发生的状态改变所引起的热弹性参数变化，该变化常归因于高自旋(HS)到中自旋(IS)的交叉，但第一性原理计算将其解释为钙钛矿笼中替代铁原子的横向位移。我们表明，该变化对此体系状态方程的测量效应可由替代铁的横向位移解释，而非 HS 到 IS 交叉。沿绝热地幔地热计算的 (Mg$_{0.875}$Fe$_{0.125}^{2+}$)SiO$_3$ 弹性性质虽略微高估了纵波速度，但在大多数下地幔中与初步参考地球模型数据给出的密度和剪切速度相当一致。