自旋转变与下地幔成分和波速结构特点
随着压强的增大,铁方镁石中铁会逐渐的从有磁矩的高自旋态转变到无磁矩的低自旋态,这个自旋转变过程会显著的降低铁方镁石的体模量,带来一个不同寻常的效应:铁方镁石的体模量可以随温度的升高而迅速增大,并导致地幔岩的体模量也随温度增大,从而出现地幔岩P波波速在~1700公里对温度变化不敏感的现象.这个现象与多个地震学层析成像模型给出的特征一致,而且地球动力学模拟还揭示自旋转变效应对非洲和太平洋下面两大低波速块体的结构形成至关重要.所有这些结果都强烈的表明下地幔铁发生了自旋转变效应。由于自旋转变效应对波速的显著效果,可以利用这一特点更好的约束下地幔的成分,而一旦有了更好的成分模型,就能对下地幔波速结构特征有更清晰的了解。利用第一性原理计算的下地幔矿物的高温高压弹性特性,分析了下地幔的成分,发现利用PREM模型约束的下地幔铁方镁石含量变化范围在15%到10%。任何跟PREM模型符合的成分都因含有足够多的铁方镁石而在特定深度出现体模量随温度升高而增大的现象,从而无需成分的变化就出现体模量波速和横波波速负相关的现象,但铁方镁石含量还没有高到出现纵波波速和横波波速负相关的现象。因此特定深度下地幔的纵波波速对温度变化不敏感是一个相当可靠的结论。
下地幔 铁方镁石 PREM模型 体模量 波速结构 自旋转变效应
吴忠庆
中国科学技术大学 合肥 230026
国内会议
北京
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208-208
2015-10-11(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)