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地球深部金属物质特性新发现

2015-01-26徐慧

资源环境与工程 2015年3期
关键词:金属化导体矿物

地球深部极端的高温高压使得金属物质内部原子之间的距离被异常压缩,导致这些金属物质表现出异常的特性。最新的实验数据以及超级计算机计算模拟的结果表明,氧化亚铁(FeO)在下地幔的丰度值为第二位,同时也是铁方镁石的主要组成矿物,氧化亚铁在如此超高温超高压环境中经历了一段奇特而又鲜为人知的转变过程。这个最新发现将会改变人类对于地球内部动力学以及地磁场形成机制的认识。

铁方镁石的组成成分中含有镁和铁的氧化物。科学家在实验室中成功地模拟出地幔与地核交界面的极端物理条件,即140万个标准大气压、4 000℉,并在此条件下研究铁氧化物的导电率。同时科学家们采用了一种新的基于基础物理学的计算方式,对电子间的多体相互作用进行综合建模。理论与实验结果均预测出氧化亚铁中将产生的一种新的金属化现象。

与以往的认识所不同,科学家们通过实验发现,当压力、温度到达69万个标准大气压、3 000℉时,常温常压下是绝缘体的氧化亚铁,竟然转变为一种超级导体,而其矿物结构构造并未发生改变!而先前人们普遍认为,氧化亚铁在发生金属化的同时,其矿物晶格结构必将发生改变。研究结果表明,氧化亚铁既可以是一种绝缘体也可以是一种金属导体,这取决于其所在环境的温度和压力。

科研团队中的科恩(Cohen)教授认为,氧化亚铁在下地幔的温压条件中是极好的导体,而其自身的结构可以维持不变。氧化亚铁的金属化的相态将提高电场与磁场之间的相互作用,而地球外地核熔融金属层的运动是地磁场产生的“引擎”。因此,人们对于地磁场从地球深部传播到地球表面机制的认识,将随着本次实验的结果而发生转变。

科恩教授强调,一种矿物的性质发生巨大的改变,主要取决于其物质成分以及矿物在地球中所处的位置。

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