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核幔分異是類地行星歷史上規(guī)模最大的物質(zhì)重組過(guò)程，奠定了類地行星的長(zhǎng)期演化格局，為理解火星的形成演化和地球等類地行星的演化規(guī)律提供了重要參考。目前，由于數(shù)據(jù)的稀缺性和火星核成分的不確定性，科學(xué)家對(duì)火星核幔分異過(guò)程尚不明晰。

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授李云國(guó)團(tuán)隊(duì)等通過(guò)第一性原理自由能計(jì)算揭示了火星核和火星幔的分離過(guò)程，發(fā)現(xiàn)了約束火星的核幔分離發(fā)生在超于先前估計(jì)的高溫高壓條件下。該研究對(duì)理解火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)期演化具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。

研究通過(guò)分析氧化鐵在核與幔物質(zhì)間的分配行為，并結(jié)合美國(guó)“洞察”號(hào)火星探測(cè)器提供的火星化學(xué)組成數(shù)據(jù)，對(duì)火星的核幔分異過(guò)程進(jìn)行了重新評(píng)估。研究人員采用第一性原理熱力學(xué)計(jì)算方法，模擬了液態(tài)鐵與硅酸鹽熔體之間的氧化鐵分配系數(shù)，結(jié)果與現(xiàn)有低壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。同時(shí)，研究厘定了溫度、壓力、氧逸度和硫元素對(duì)分配行為的影響。

進(jìn)一步，研究人員根據(jù)上述結(jié)果與火星氧化還原狀態(tài)對(duì)核幔分異模式條件進(jìn)行了約束。研究發(fā)現(xiàn)，火星的核幔分異發(fā)生在超過(guò)2440K的溫度和14至22GPa的壓力下。這些估計(jì)值高于此前相關(guān)報(bào)道，但與火星隕石中的中度親鐵元素豐度及火星聚積模型的結(jié)果相符。

這一研究修正了人們對(duì)火星核形成條件的認(rèn)識(shí)，并為未來(lái)行星形成模型提供了新的研究視角。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等的支持。

論文鏈接

火星早期圈層分異形成過(guò)程示意圖