Spin evolution of Earth-sized exoplanets, including atmospheric tides and core-mantle friction
质量在0.1 - 10 M地球之间的行星被认为拥有稠密的大气层。这些大气层在行星的自转演化中扮演着重要的角色，因为由主星驱动的热大气潮汐可能会抵消引力潮汐。在这项工作中，我们研究了地球大小的系外行星的长期自旋演化。我们推广了以前的工作，包括偏心轨道和双折射的影响。我们发现，在潮汐和核幔摩擦的影响下，行星的倾斜度演化为0或180度。这些行星的自转也会演化成数量非常有限的平衡构型。一般来说，这些平衡都与轨道平均运动不同步。热大气潮汐的作用对于地球大小的行星在其系统的宜居带中变得更加重要，因此当我们寻找其潜在的可居住性时，它们不能被忽视。
2014-08-04 astro-ph.EP
Constructing Earth Formation History Using Deep Mantle Noble Gas Reservoirs
UC San Diego（加州大学圣迭戈分校）；McGill University（麦吉尔大学）
研究通过模拟原始包裹层生长和稀有气体溶解过程，发现地球形成初期约0.3倍地球质量的胚胎在太阳星云散尽时聚集，稀有气体记录了地球的原始气体和早期固态形成过程。
2026-05-01 astro-ph.EP
The origin of Earth's mantle nitrogen: primordial or early biogeochemical cycling?
地球地幔中的氮（N）含量与其富氮大气中的含量相当。地幔N被认为是原始的或起源于后来的俯冲，但其起源尚未阐明。在这里，我们模型N分配在岩浆海洋阶段以下行星形成和随后的地球历史上的表面和地幔之间的循环使用氩（Ar）和N同位素作为示踪剂。Ar约束的分配模型表明，只有约10%的总N含量可以被困在固化地幔中，由于N的低溶解度的岩浆和低分配系数的矿物在氧化条件下的地球物理和地球化学研究的支持。对于原始起源的一个可能的解决方案是，地球在岩浆海洋凝固时的N大约是地球的10倍。我们表明，多余的N可以通过后期吸积过程中的冲击侵蚀去除。由N同位素约束的循环模型表明，地幔N可以来自有效的N俯冲，如果沉积N埋藏速率在早期地球上是现代地球的可比。如此高的氮埋藏率需要生物处理。最后，我们的模型提供了一种方法来区分这两种可能的起源与未来的分析的表面和地幔N同位素记录。
2022-04-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
Impact Induced Atmosphere-Mantle Exchange Sets the Volatile Elemental Ratios on Primitive Earths
传统的行星形成理论认为，南极物质向原始地球输送了关键的大气和水圈元素，如碳（C）、氮（N）和氢（H）。然而，最近的测量突出了地球母体和假定的行星构建模块之间的重大元素比率差异。在这里，我们提出了一个挥发性的演化模型，在组装的地球和类地行星。我们的模型包括影响损失，大气-地幔交换，吸积和放气的动力学模拟结果计算的时间依赖性的影响。探索广泛的星子性质（即，大小和成分）以及N体吸积模拟的撞击历史，我们发现CNH分馏的程度具有内在的随机性，而C/N和C/H比的演化可以追溯到原行星和抛射体的某些性质。有趣的是，我们的大多数类地行星获得supercritical最终的C/N比，这意味着挥发性元素比的类地行星之间的复杂的相互作用驱动的交付，大气消融，地幔脱气。
2022-07-26 astro-ph.EP
Magnetodynamo Lifetimes for Rocky, Earth-Mass Exoplanets with Contrasting Mantle Convection Regimes
我们使用了一个铁的核心的热模型来计算在地球质量的岩石行星，以确定发电机的寿命和强度与不同的地幔构造制度，地面温度，和核心属性的行星的敏感性magnetodynamo演化。在核幔边界（CMB）的热流来自于地幔对流的数值模型与粘性/假塑性流变学，捕捉板状构造的现象。我们的热演化模型预测了地球的长寿命（~8 Gyr）场和具有板块构造的地球质量系外行星的类似发电机演化。升高的地面温度和压力依赖的地幔粘度都降低了CMB热流，但只产生稍微长寿命的发电机（~8-9.5 Gyr）。具有相对较低CMB热流的单板（“停滞盖”）行星产生长寿命（~10.5 Gyr）发电机。这些较弱的发电机可以停止数十亿年，随后由于与内核增长相关的额外熵产生而重新激活，这可能解释了今天金星上没有磁场。我们还表明，发电机的操作是敏感的初始温度，大小和固相线的行星的核心。这些依赖性将严重挑战任何试图根据磁场的存在或不存在来区分具有板块构造和停滞盖的系外行星的尝试。
2013-04-09 astro-ph.EP
Core-exsolved SiO$_2$ dispersal in the Earth's mantle
SiO $_2$可能是在地球吸积的早期阶段核心形成后直接从核心中排出的，并一直持续到今天。由于SiO $_2$相对于核壳和地幔底部的密度较低，我们研究了SiO $_2$在核幔边界（CMB）的聚集和通过浮力上升并入地幔的过程。今天，如果SiO $_2$比下地幔物质的粘性大100-10000倍，那么由CMB处的粘性瑞利-泰勒不稳定性形成的SiO $_2$底辟的尺寸将使它们作为直径为100 m - 10 km的包裹体被扫入地幔。在地核形成后快速热损失的早期地球条件下，直径约1 km的SiO $_2$底辟可能独立于地幔流上升到地幔中的中性浮力水平，由于固有的高粘度和中性浮力的结合，将它们困在那里。我们通过假设在岩浆海洋底部发现的条件下的Si+O饱和度来检查SiO $_2$产率，发现对于一系列条件，分散体可以达到高达8.5体积%。在下地幔的某些地方。在如此低的浓度下，它们对总地震波速的影响在观测地震学的不确定性范围内。然而，它们的存在可以解释下地幔的小尺度散射，因为它们的速度差异很大。我们的结论是，浅的下地幔（700-1500公里深度）可以窝藏SiO $_2$释放在早期地球时代。
2018-01-06 astro-ph.EP physics.geo-ph
Persistence of Strong Silica-Enriched Domains in the Earth's Lower Mantle
下地幔的组成$-$占地球体积的56% $-$仍然缺乏约束。在主要元素中，Mg/Si的比值范围从$\sim$ 0.9 $-$ 1.1（如在岩石太阳系建筑块（或陨石）中）到$\sim$ 1.2 $-$ 1.3（如在上地幔岩石（或地幔岩）中）。地球物理证据俯冲岩石圈深部的地幔已被解释在有效的混合，从而均匀的镁/硅在大部分的地幔。然而，以前的模型没有考虑可变Mg/Si对下地幔岩石的粘度和混合效率的影响。在这里，我们使用地球动力学模型表明，大规模的不均匀性与粘度变化的$\sim$ 20 $\times$，如由于占主导地位的固有强（Mg，Fe）SiO $_3-$ bridgmanite在低Mg/Si域，足以防止有效的地幔混合，即使在大尺度上。模型预测，固有的强域稳定度2地幔对流模式，并连贯地坚持在深度$\sim$ 1,000 $-$ 2,200公里，直到今天，由相对狭窄的上升/下降通道的热解材料分开。这种“富桥闪石的古地幔结构”的稳定表现可能与根深蒂固的地幔上涌中心的地理固定性以及1，000公里深度附近的基本地球物理变化（例如地震层析成像模式、径向粘度增加、上升地幔柱和下沉板块的横向偏转）相一致。此外，这些古老的结构可能提供了一个水库主机原始地球化学签名。
2018-03-21 astro-ph.EP
Water Cycling Between Ocean and Mantle: Super-Earths Need Not be Waterworlds
大型的类地行星被认为具有柔和的地形和深海，这意味着大多数超级地球应该完全被水覆盖，即所谓的水世界。这一点很重要，因为水世界缺乏硅酸盐风化恒温器，因此预测其气候不如具有暴露大陆的行星稳定。换句话说，水世界的持续宜居带比类地行星要窄得多。然而，行星上的水是在表面水库（海洋）和内部水库（地幔）之间分配的。板块构造在地质时间尺度上在这些储层之间输送水。洋中脊熔体的脱气作用和洋壳的蛇纹化作用分别对海底压力产生消极和积极的影响，从而对长期的海洋体积提供稳定的反馈。受地球近似稳态的深层水循环的启发，我们建立了水圈的两箱模型，并推导了类地行星上水分配的稳态解。至关重要的是，海底静水压力与表面重力成正比，因此具有深水循环的超级地球将倾向于在地幔中储存更多的水。我们的结论是，任何质量的构造活跃的类地行星都可以保持暴露的大陆，如果它的水团质量分数小于0.2%，大大增加了超级地球适合居住的几率。在我们的研究中，最大的不确定性来源是地球目前的地幔水库存：其价值越大，行星就越容易被淹没。最后，我们讨论了未来的任务如何通过绘制大型类地行星的海洋和大陆来测试我们的假设。
2014-01-03 astro-ph.EP
Mantle Dynamics in Super-Earths: Post-Perovskite Rheology and Self-Regulation of Viscosity
简单的比例表明，超级地球比同等地球大小的行星更有可能经历板块构造。一般而言，粘度和热导率随压力的增加而增加，而热膨胀率降低，导致地幔深部对流活力降低。根据传统的想法，这可能会导致超级地球的地幔深处没有对流。在这里，我们对此进行评估。首先，我们在这里扩展后钙钛矿激活焓的密度泛函理论（DFT）计算到1 TPa的压力。扩散蠕变的激活体积变得非常低，在非常高的压力，但尽管如此，最大的超级地球的粘度沿地幔可能会接近1030 Pa·s的深部地幔。其次，我们使用这些计算值的地幔对流和岩石圈动力学的行星与多达10个地球质量的数值模拟。该模型假设了一个可压缩地幔，包括深度依赖的材料属性和塑性屈服诱导板块构造。结果证实了板块构造的可能性，并显示了一种新的深地幔温度的自我调节。深部地幔不是绝热的;相反，内部加热使温度升高，直到粘度低到足以促进放射性热的对流损失，这导致超绝热温度分布和粘度随深度增加不超过3个数量级，而不管为一个地幔计算的粘度增加。大型超级地球的对流特征是大的上升和小的，随时间变化的下降。如果超级地球在其形成后非常热/熔融，那么即使在数十亿年之后，其深部内部也可能仍然非常热，并且可能基本上熔融有“超级基底岩浆海洋”-一个更大的版本（Labrosse等人，2007年）。
2013-01-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
A special giant impact model: implications on core-mantle chemical differentiation
地核的形成过程对地核与地幔的化学分异起着决定性的作用。在这里，我们提出了一个新的核心形成模型，这是由一个特殊的巨大的影响。该模型表明，在适当的撞击条件下，撞击物核可以通过其自身的粘性地幔保持完整，并使其在不与目标地幔接触的情况下融入目标核。我们把这种特殊的巨碰撞形成新的成核模式称为胶球碰撞模式（GBI）。通过模拟数百次大小从星子到行星的巨大撞击，找出了导致GBI的条件。如果具有小的冲击角度（即，小于20度）、小的撞击速度和小的撞击物质量但大于0.07 Mearth，在地球吸积的最后阶段有很好的机会产生GBI。我们发现，在地球吸积的晚期比吸积的早期更容易产生GBI，GBI模型对地球核幔平衡的许多问题提出了挑战。它为地幔中过量的高亲铁元素提供了额外的来源，也为地核带来了过量的亲石元素。GBI模型对月球形成和亲地球物质化学分异的研究具有重要意义。
2019-01-05 astro-ph.EP
Comparisons of the core and mantle compositions of earth analogs from different terrestrial planet formation scenarios
地核和地幔的化学成分提供了对导致其形成的过程的深入了解。另一方面，N体模拟通常不包含化学信息，并且只试图再现类地行星的质量和轨道。这些模拟可以分为四个潜在的可行的方案太阳系形成（经典，环，大钉，早期不稳定），我们共编译433 N体模拟。我们使用熔融标度定律结合地核形成的多阶段模型，将这些模拟的输出与地核和地幔的化学成分联系起来。我们发现地球类似物的组成在很大程度上取决于平衡胚胎核心的分数和N体模拟中的初始胚胎质量。在考虑岩浆海洋的生命周期时，模拟类型可能很重要，其中Grand Tack模拟在最后一次巨大撞击后有最大数量的物质增生。然而，由于地球地幔成分对不同参数的敏感性和N体模拟的随机性，我们不能排除任何吸积情景或初始胚胎质量。将地球类似物经历的最后一次胚胎撞击与特定的月球形成情景进行比较，我们发现月球形成撞击的特征取决于N体模拟中的初始条件，其中较大的初始胚胎质量促进较大和较慢的月球形成撞击物。火星大小的初始胚胎最符合典型的打了就跑的场景到一个固体地幔。我们的研究结果表明，约束平衡的冲击器核心和N体模拟的初始胚胎质量的分数可能是重要的了解地球的吸积历史和月球形成的影响的特点。
2023-02-21 astro-ph.EP
Induction Heating in Super-Earths: A Thermochemical Perspective
本文通过构建不同温度与成分下的超级地球地幔电导率剖面，研究感应加热效率，发现高温、高铁含量和高熔融分数会抑制加热，并揭示GJ 486b中感应加热主导热演化而HD 3167b和GJ 357b中作用微弱。
2025-09-29 astro-ph.EP
A Data Science Approach to Study the Water Storage Capacity in Rocky Planet Mantles: Earth, Mars, and Exoplanets
本文运用统计学习等数据科学方法，结合地球和火星案例及系外行星观测数据，研究岩石行星地幔储水能力建模，并探讨了数据科学在矿物物理研究中的应用与局限。
2023-04-07 astro-ph.EP physics.geo-ph
The Nitrogen Budget of Earth
我们全面汇编和审查地质材料中的氮含量，以计算新的地球氮预算。岩石矿物分析和氮-氩地球化学研究表明，块状硅酸盐土（BSE）含\sim 7 \pm 4倍于大气N（4 \times 10^18 kg N，PAN），含27 \pm 16 \times 10^18 kg N。在减去封存在岩芯中的氮之后，与沉积物组成进行比较，得出一致的结果，BSE氮在17 \pm 13 \times 10^18 kg至31 PDMATHAMN 24 \times 10^18 kg N之间。在对比实验中，我们计算了地核中的N质量（180 \pm 110到300 \pm 180 \times 10 ^18 kg），并讨论了月球作为早期地幔的替代物。值得注意的是，我们发现大部分的行星预算N是在固体地球。本文中的N估计排除了对“缺失N”储层的需要。地幔岩和玄武岩中的氮-氩系统学研究表明，地幔有两种类型的储集层：类MORB源（MSL）和高氮型。高氮地幔是由从地表俯冲下来的年轻的富氮物质组成的，并在OIB和一些捕虏体中被识别出来。相比之下，MSL似乎是由古老的物质组成的，尽管俯冲物质的成分在这个储层中也很明显。利用我们的新预算，我们计算了\sim 2 \permil的BSE+大气的δ 15 N值。在讨论大量地球氮同位素演化时，应使用该值。此外，我们的工作表明，在地球历史上，所有的表面N都可以通过地幔，地幔可能是N的长期汇…
2015-05-14 astro-ph.EP
Mantle Convection, Plate Tectonics, and Volcanism on Hot Exo-Earths
最近发现的靠近轨道的系外行星的地面温度应该在100到1000 K之间。它们很可能是潮汐锁定的，并且同步地围绕着它们的母星旋转，如果没有大气层，它们的昼夜表面的地面温度会相差几百到一千K。我们研究了地球质量行星的高地面温度和强地面温度对比度对（i）地幔对流模式，（ii）构造体制，（iii）部分熔融的速率和分布的影响，使用数值模拟的地幔对流与复合粘性/假塑性流变学。我们的模拟表明，如果一个接近的岩石系外行星缺乏大气层来重新分配热量，一个>~ 400 K的地面温度对比度可以维持一个不对称度1的地幔对流模式，其中行星的表面优先向寒冷的夜晚一侧的俯冲带移动。行星表面具有半球二分法，在夜晚一侧具有板块状构造，而在白天一侧具有持续发展的移动盖，具有弥漫的表面变形和活跃的火山活动。如果火山释气形成大气并重新分配热量，板块构造就会在全球范围内被弥漫性表面变形所取代，火山活动就会加速并在行星表面变得更加均匀地分布。
2011-06-21 astro-ph.EP
EarthN: A new Earth System Nitrogen Model
氮在大气、海洋、地壳和地幔中的含量对地球的生物和地质历史有着重要的影响。尽管如此重要，但氮在地球系统中的历史和循环随着时间的推移而受到很大的限制。例如，各种模型和代理对比支持大气质量停滞，净释气，或净吸入随着时间的推移。此外，生物体可利用的氮的量和氮的处理与氧和营养循环错综复杂地联系在一起，并提供反馈。为了研究地质历史时期地球系统氮循环，我们建立了一个新的氮循环模型：EarthN。该模型由地幔冷却驱动，将生物氮循环与磷酸盐和氧联系起来，并结合了地质和生物通量。模型输出与大气质量随时间的大变化（2- 4倍）一致，通常表明大气下降和氮固存到地幔和陆壳中。氮分布的关键控制因素包括地幔冷却历史、风化作用和总的块状硅酸盐地球+大气氮收支。将氮循环与磷和氧水平联系起来，而不是像以前那样与碳联系起来，为地球上氮的历史提供了新的和更动态的见解。
2018-05-02 astro-ph.EP
Iron isotope anomalies and the origin of the Earth
Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）
研究通过高精度铁同位素数据揭示地球mantle的铁来源并非CI球粒陨石，排除了太阳系外迁移碎石的形成模型，支持地球在太阳系内通过层级增长形成。
2026-03-22 astro-ph.EP
Absence of dehydration due to superionic transition at Earth's core-mantle boundary
该研究通过从头算与深度学习势模拟发现delta-AlOOH的双重超离子转变，证明核幔边界超离子态水难以脱水，可在深部地幔累积，对深部水循环意义重大。
2025-03-23 astro-ph.EP physics.geo-ph
Highly Siderophile Elements in the Earth's Mantle as a Clock for the Moon-forming Impact
根据普遍接受的假设，对地球的最后一次巨大撞击形成了月球，并通过熔化地球的地幔开始了核心形成的最后阶段。地球化学的一个关键目标是确定这一事件的日期，但已经提出了不同的年龄。有些人认为月球形成的时间较早，大约在太阳系第一批固体凝结后3000万年（Myr），而另一些人则认为在凝结后5000万年（甚至可能晚至100 My）。在这里，我们表明，在99.9%的置信水平下，排除了在凝结后4000万年或更早的月球形成事件。我们使用大量的N体模拟来证明最后一次对类地行星的巨大撞击的时间与随后在被称为晚吸积的时代增加的质量之间的关系。随着最后一次巨大撞击的延迟，后期吸积的质量以可预测的方式减少。这种关系存在于类地行星形成的经典情景和大塔克情景中，并且在广泛的磁盘条件下都成立。地球地幔中高亲铁元素的富集限制了晚吸积期地球中的铁磁性物质。使用HSE丰度测量，我们确定了自冷凝以来的95 +/- 32 Myr的月球形成年龄。存在的可能性是，一些晚期的抛射体被区分，并在地幔中留下了不完整的HSE记录。即使在这种情况下，各种同位素约束强烈表明，后期吸积的质量不超过地球质量的1%，因此HSE时钟仍然严格限制了月球形成事件的时间，大大晚于凝结后的40 My。
2015-04-06 astro-ph.EP
Reflation: redox-driven atmospheric inflation as tracer of super-Earth geochemistry
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天体物理研究所）
研究超级地球大气演化，发现地幔排气氧化还原敏感性引发再充气事件，通过模拟耦合演化，揭示还原地幔使大气再充气、密度降低，氧化地幔则相反，此差异或可作为内部地球化学和形成条件的示踪剂。
2026-07-16 astro-ph.EP
A colossal impact enriched Mars' mantle with noble metals
一旦类地行星基本完成了它们的组装，吸积过程中遗留下来的星子就会继续轰击。火星地幔中高亲铁元素（HSE）丰度表明其晚期吸积补充量为0.8wt.%;地球和月球获得了额外的0.7重量%和0.02重量%，分别不成比例的高地球/月球吸积比可以解释为随机增加了一些剩余的谷神星大小的天体，这些天体优先瞄准地球。在这里，我们表明，火星的后期吸积预算也需要一个巨大的影响，一个合理的可见的残余是半球的二分法。在火星地幔中添加足够的HSE需要一个直径至少为1200公里的撞击物在大约2000年之前撞击火星。4430 Ma，此时地壳正在形成。因此，这种二分法可能是火星地壳最古老的地球物理特征之一。喷射出的碎片可能是其卫星的源材料。
2017-06-07 astro-ph.EP
The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets
内容：长期的碳酸盐-硅酸盐循环在地球气候演化中起着重要作用，因此，也可能是类地系外行星气候演化的重要机制。目的：我们研究了辐射成因地幔加热、地核大小和行星质量对大气$CO_2$分压演化的影响，以及板块构造驱动的长期碳循环控制大气$CO_2$分压的能力。方法：我们开发了一个箱模型，将碳循环与参数化的地幔对流联系起来。碳循环耦合到热演化通过板块速度，这取决于全球瑞利数。结果：我们发现大气$CO_2$压力随时间降低，最高可达10 Gyr以上的数量级。放射性同位素的丰度越高，导致$CO_2$压力越高。我们发现一个减小的瑞利数和板块速度朝向行星与较大的核心质量分数$f_c$，这导致较低的大气$CO_2$压力。由于内部温度较高，质量较大的行星可能有利于形成更多的$CO_2$丰富的大气层。结论：板块构造对地幔冷却的依赖性对大气$CO_2$压力的长期演化有重要影响。碳循环介导的板块构造是有效地调节行星气候的地幔放射性同位素丰度，行星质量和核心大小的广泛范围。在钍或铀地幔丰度高的行星上更有效的碳循环突出了绘制这些元素在潜在宜居系外行星的宿主恒星中的丰度的重要性。核心质量分数（$f_c\gtrsim 0.8$）较大的行星上碳循环效率低下，这强调了对地球大小的系外行星进行精确质量半径测量的重要性。
2021-03-17 astro-ph.EP
High solubility of water in post-perovskite and bridgmanite in the Earth's deep lower mantle
The University of Tokyo（东京大学）；Hokkaido University（北海道大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；University of Hyogo（兵库大学）
本研究通过熔融实验结合Cryo-SIMS测量，发现水在深部下地幔的Bdg和PPv中溶解度极高，表明俯冲板块到地幔底部不释放水，提出富水矿物可能构成深部地幔的低D/H水储层。
2026-08-04 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Sulfur photochemistry observationally traces mantle redox states of rocky planets
University of Groningen（格罗宁根大学）；Academia Sinica（中央研究院）；University of Cambridge（剑桥大学）
研究不同类型岩石行星中，脱气与光化学如何共同决定大气组成。通过耦合PROTEUS框架与化学模型模拟，发现大气组成受地幔氧化还原状态和脱气历史控制，光化学影响高层大气，其产生的SO2特征可被JWST探测，为观测提供方向。
2026-07-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
Changes in core-mantle boundary heat flux patterns throughout the supercontinent cycle
本研究利用ASPECT软件的三维地幔对流模型，结合10亿年板块重建数据，揭示超大陆旋回中核幔边界热流异常的动态变化规律，为理解地球热演化与磁场稳定性提供新依据。
2023-10-05 astro-ph.EP physics.geo-ph
Growth and evolution of secondary volcanic atmospheres: I. Identifying the geological character of hot rocky planets
在许多情况下，地球和超级地球大小的行星的地质只能通过它们的大气层来观察。在这里，我们调查次生火山大气作为大气如何反映行星地球化学的关键基础案例。我们耦合火山放气与大气化学模型来模拟热化学平衡下C-O-H-S-N大气的生长，重点是通过大气观测可以确定行星地幔fO $_2$和块状硅酸盐H/C比的信息。当地幔fO $_2$变化时，800 K火山大气形成了不同的成分组，这可以用一组（通常是次要的）指示种：O类，代表氧化地幔，含有SO $_2$和硫同素异形体; I类，由O $_2$的中间地幔形成，含有CO $_2$、CH $_4$、CO和COS;和R类，由还原地幔产生，含有H $_2$、NH $_3$和CH $_4$。这些大气类别对大范围的本体硅酸盐H/C比率具有鲁棒性。然而，H/C比率确实影响主要的大气成分，一旦化学成分稳定到不再随时间发生实质性变化的点，其可以在H $_2$、H $_2$ O和CO $_2$之间变化。这种最终的大气状态取决于地幔fO $_2$、H/C比和火山活动开始以来的时间。我们提出的大气类适合于热系外行星的封闭系统生长，并可用作未来研究的简单基础，探索其他开放系统过程对次级火山大气的影响。
2022-06-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
Magnification of mantle resonance as a cause of tectonics
通过对超导重力仪（SG）年代际数据（含噪声）的方差谱分析，提出了地球构造运动是基于质量（主要是地幔）机械共振的放大，而不是基于先前假设的原因。在此，原始（空白和未更改）数据的使用被视为物理结果有效性的标准，因此数据未以任何方式更改。然后，类似于全球高频自由振荡的大气潮汐强迫，我建议，月球会合经常性的拉力同样可以驱动地球的长周期（12至120分钟）振荡。为了证明这一点，我表明，每天的质量（重力）振荡的幅度，作为一个相对措施的非平稳地球动能，得到天气周期，而相关的0.97与地震能量的一天，浅源地震和3天前。地幔通常粘度和地球的春潮和重力模态周期的强迫振子方程成功地模拟了一个相同的3天相位。最后，尽管关于最严重地震（大约9.5级）的报告将最大同震位移放在10米左右，但同样的方程预测最大位移也是9.8米。因此，同样的机制，导致桥梁倒塌下的士兵步行军可能会使岩石圈失败下的春潮诱导放大地幔共振，导致强烈地震的类型不明。如果这一论断是正确的，那么即使不是大多数，也有许多大地震在空间和时间上是可以预测的。
2008-04-09 astro-ph.EP physics.class-ph physics.data-an
Atmospheric nitrogen evolution on Earth and Venus
氮是地球大气中最常见的元素，似乎也存在于地幔中。然而，这两个水库之间的长期循环仍然知之甚少。在这里，一系列的生物和非生物机制进行评估，可能会导致地球表面和内部之间的氮交换随着时间的推移。在太古代，生物固氮可能强烈限制营养和/或电子受体的约束。非生物固氮在强还原气氛中变得有效，但只有当温度超过1000 K左右时。因此，如果大气中的N2水平真的像今天这样低，大约3.0 - 3.5 Ga，那么地球地幔中的大部分氮一定是在冥古宙中就位的，很可能是在地表熔融的时候。与地球相比，金星大气氮含量升高可以用水损失氧化还原泵机制来非生物解释，其中H2O光解释放的氧气和随后向太空损失的H氧化了地幔，导致氮的释气增强。这一机制对于理解金星上其他挥发物的分配和系外行星上的大气演化具有重要意义。
2016-05-25 astro-ph.EP
Reconciling Magma-Ocean Crystallization Models with the present-day Structure of the Earth's mantle
类地行星被认为在其历史的早期经历了大规模的融化。分馏在岩浆-海洋冻结导致不稳定的分层内的相关堆积层，由于进步的铁富集向上，但增量堆积物翻转MO结晶过程中的影响仍有待探讨。在这里，我们使用的地球动力学模型与移动边界的方法来研究对流和混合内不断增长的累积层，此后在完全结晶地幔。对于分离结晶，堆有效地搅拌由于随后的增量翻转，除了强烈富铁的后期堆，坚持作为一个稳定的分层层在地幔的底部数十亿年。不太极端的结晶情况可能会导致更微妙的分层。在任何情况下，长期保存的至少一薄层的极其丰富的累积与Fe#>0.4，正如我们所有的模型预测，是不符合地震的限制。然而，根据比例关系，我们推断，最后阶段的富铁岩浆海洋堆积物最初形成的表面附近应该翻转为小底辟，因此在下沉过程中经历了熔融和反应与寄主岩石。由此产生的中度富铁交代/混合岩石组合应该积累在地幔的基础上，潜在的美联储间歇性的基底岩浆海洋，并保存到今天。这种中等富铁的岩石组合可以调和现今下地幔中大的低剪切波速度区的物理性质。因此，我们揭示Hadean熔融和岩石反应过程中整合岩浆海洋结晶模型与地震层析成像快照。
2018-01-03 astro-ph.EP
Thermal evolution and lifetime of intrinsic magnetic fields of Super Earths in habitable zones
我们数值研究了不同质量的类地行星在宜居带的热演化，重点是发电机活动的持续时间，以产生其固有的磁场，这可能是在行星上的可居住性的关键因素之一。我们特别关注超级地球，对它们的观测正在迅速发展。我们计算了行星内部的温度分布的演变，使用Vinet状态方程，Arkenius型地幔粘度公式，和天体物理学的对流传热的混合长度理论修改地幔对流。在用太阳系类地行星校正模型后，我们将其应用于表面温度为$300~\mbox{K}$（在宜居带）、成分类似地球的0.1-$10M_{\oplus}$岩石行星。根据核幔边界热流判据，计算了磁场的热演化，并估算了磁场的寿命。我们发现，寿命随行星质量（$M_p$）的增加而缓慢增加，与核幔边界初始温度差（$ΔT_{\rm CMB}$）无关，但当超过一个临界值$M_{c,p}$（$\sim O(1)M_{\oplus}$）时，由于压力效应引起的地幔粘性增强，寿命突然下降。我们推导出$M_{c,p}$作为$ΔT_{\rm CMB}$和流变参数（活化体积，$V^*$）的函数。因此，具有$M_p > M_{p,c}$的超级地球的磁场寿命敏感地取决于反映行星吸积的$ΔT_{\rm CMB}$和在非常高的压力下具有不确定性的$V^*$。需要更先进的高压实验和第一性原理模拟以及行星吸积模拟来讨论超级地球的可居住性。
2010-10-26 astro-ph.EP
Magnitude of stable iron isotope fractionation limited by multiple stages of terrestrial core formation
Michigan State University（密歇根州立大学）
该研究通过多阶段地核形成模型模拟地球地幔铁同位素演化，发现多阶段地核形成重新平衡了铁同位素分馏效应，结合随机吸积等因素，表明金属-硅酸盐平衡的同位素分馏并非地球地幔铁同位素组成的主要成因。
2026-09-01 astro-ph.EP
Origin of the lunar isotopic crisis from solidification of a stratified lunar magma ocean
本文提出，在假设忒伊亚地幔富铁的前提下，分层月球岩浆洋凝固会使上层固体来自原始地球地幔，从而自然解释月球类地球同位素组成，解决月球同位素危机。
2025-09-08 astro-ph.EP
Chemical equilibrium between Cores, Mantles, and Atmospheres of Super-Earths and Sub-Neptunes, and Implications for their Compositions, Interiors and Evolution
我们研究了熔融金属和硅酸盐之间的平衡化学，以及一个富氢的信封使用18个独立的反应25个相成分的次海王星样系外行星。反应性金属和非反应性金属隔离在一个孤立的核心进行了建模。平衡的首要影响是包层的氧化和地幔和地核的还原。氢和氧通常在化学平衡时构成金属核心的重要部分，导致密度不足，为Trappist-1行星的低密度提供了可能的替代解释。与岩浆海洋的反应在岩浆海洋正上方的包层中产生大量的SiO和H $_2$ O。具有活性金属的行星包层中的摩尔浓度是H $_2>\rm{SiO}>CO\sim\rm{Na}\sim\rm{Mg}>\rm{H}_2\rm{O}>>\rm{CO}_2\sim\rm{CH}_4>>\rm{O}_2$，而对于非活性金属的情况，H $_2$ O成为第二丰富的物种，仅次于H $_2$，为两种可观测的情况提供了仲裁者。在这两种情况下，大气中的水丰度都超过地幔中的水丰度至少一个数量级。硅酸盐地幔中的水浓度分别为$\sim 0.01$ wt\ %和$\sim 0.1$ wt\ %（在反应性和非反应性金属核情况下），限制了可能在未来超级地球中脱气的H $_2$ O。反应堆芯情况下溶解水较少是由于富铁金属中的H和O被封存。大多数次海王星的总氢预算可以从它们的大气层中估算出来，因为大气层通常含有超过90%的氢。
2022-03-09 astro-ph.EP
Effect of mantle oxidation state and escape upon the evolution of Earth's magma ocean atmosphere
岩浆海洋时期是决定地球大气如何发展成可居住环境的关键阶段。然而，在决定早期地球大气层的关键过程中，例如行星内部的放气和物种逃逸到太空中，存在着重大的不确定性。本文研究了不同地幔氧化还原状态下不同物质的释气和H $_2$的逃逸对岩浆海洋期大气组成和演化的影响。我们包括一个重要的新的大气-内部耦合机制，即地幔的氧化还原演化强烈影响的物种的放气。我们模拟的挥发性放气和化学形态在表面的各种氧化还原状态的地幔采用C-H-O为基础的化学形态模型结合内部放气模型。然后，我们应用逐行辐射转移模型来研究行星的红外发射和传输方面的远程外观。最后，我们使用一个参数化的扩散限制和XUV能量驱动的大气逃逸模型来计算H $_2$到空间的损失。我们模拟了地球岩浆海洋时期还原或氧化大气的热发射和透射光谱。与富含H $_2$ O和CO $_2$的氧化或厚大气相比，由H $_2$组成的还原或薄大气向空间发射更多的辐射，并且具有更大的有效高度。我们得到的H2从地幔到大气中的释气速率是扩散限制逃逸到空间的速率的10倍。我们的工作提供了有用的洞察地球大气在岩浆海洋时期的发展，以及输入，以指导未来的研究讨论系外行星内部成分。
2020-11-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Shaping the Mantle: The Role of Superheated Core After Giant Impacts
College of Earth and Planetary Sciences, Chengdu University of Technology（成都理工大学地球与行星科学学院）；CAS Center for Excellence in Comparative Planetology（中国科学院比较行星学卓越创新中心）
研究通过SPH模拟揭示巨撞击后超高温核心引发二次地幔熔融，影响地幔热演化路径及基底熔融层形成。
2025-12-09 astro-ph.EP
On the origin and composition of Theia: Constraints from new models of the Giant Impact
知道忒伊亚的同位素组成，这颗原行星在形成月球的巨大撞击中与地球相撞，可以提供关于类地行星形成后期太阳系内部均匀化状态的有趣见解。我们使用已知的同位素和模拟的地球和月球的块状硅酸盐地幔的化学成分，并将它们与不同的巨型撞击模型相结合，计算在每个模型中的O，Si，Ti，Cr，Zr和W的忒伊亚同位素组成的可能范围。我们将这些范围与碳质陨石、火星和其他太阳系物质的同位素组成进行了比较。在没有撞击后同位素重新平衡的情况下，最近提出的巨型撞击的高角动量模型（“撞击-裂变”，Cuk和Stewart，2012年;“合并”，Canup，2012年）允许-以狭窄的边缘-类似于CI-陨石和火星的忒伊亚。“肇事逃逸”模型（Jumfer等人，2012年）允许忒伊亚类似于顽火辉石和其他类似地球的物质。如果地球和月球从原地球和忒伊亚的体地幔中继承了不同的地幔FeO含量，那么高角动量模型不能解释观测到的差异。然而，无论是撞击逃逸模型还是经典的或“规范的”巨撞击模型，都自然地将这种差异解释为两个具有不同FeO的地幔的简单混合物的结果。因此，调和地球和月球的同位素相似性和FeO不同性的最简单方法是拥有类似地球的同位素组成和更高（~20%）的地幔FeO含量的忒伊亚。
2014-10-15 astro-ph.EP
Shaping the Mantle: The Role of the Superheated Core After Giant Impacts
研究通过SPH模拟揭示巨撞击后超热核心引发二次地幔熔融，影响地幔热演化路径及基底熔融层形成。
2025-11-25 astro-ph.EP
Low-spin ferrous iron suppresses mantle oxidation beyond Earth-like pressures
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；European Synchrotron Radiation Facility（欧洲同步辐射装置）；Université Paris Cité, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS（巴黎西岱大学，巴黎地球物理研究所，法国国家科学研究中心）；Nantes Université, Univ Angers, Le Mans Université, CNRS, Laboratoire de Planétologie et Géosciences, LPG UMR 6112（南特大学，昂热大学，勒芒大学，法国国家科学研究中心，行星学与地质学实验室）；School of Earth, Atmosphere and Environment, Monash University（蒙纳士大学地球、大气与环境学院）；Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院广州地球化学研究所）
通过原位穆斯堡尔谱发现，在高压下Fe²⁺从高自旋转变为低自旋，导致地幔Fe³⁺/∑Fe在约40 GPa达到峰值后下降，表明地球的氧化地幔可能源于核幔平衡发生在Goldilocks压力范围。
2026-06-16 astro-ph.EP
Accretion and differentiation of the terrestrial planets with implications for the compositions of early-formed Solar System bodies and accretion of water
为了测试行星吸积和分化的情况下，我们集成了一个多阶段的核幔分化模型与N体吸积模拟。胚胎和星子之间的碰撞导致岩浆海洋的形成和核心形成的事件。核心形成模型结合了严格的化学质量平衡与金属硅酸盐元素分配数据。对组合模型的主要约束是地球原始地幔的组成，火星地幔的组成，以及地球和火星金属核的质量分数。该模型通过最小二乘最小化进行优化，最多可使用5个拟合参数，包括金属硅酸盐平衡压力和1 - 4个定义原始体起始成分的参数。该集成模型已被应用于6大粘性模拟。广泛的参数空间的研究表明：地球的吸积是不均匀的，金属-硅酸盐平衡压力随着吸积的进展而增加，并且在每次撞击时是核幔边界压力的60 - 70%，并且在每次核心形成事件期间，撞击物核心的大部分（70 - 100%）金属与原行星的硅酸盐地幔的小部分平衡。只有当起源于太阳附近的天体（<0.9 - 1.2天文单位）高度还原，而超出这一距离的天体则越来越氧化时，才能获得与地球地幔成分的可接受拟合。火星地幔的FeO含量主要取决于火星形成胚胎起源的日心距离。最后，地球核心预计含有8 - 9重量%的硅，2 - 4重量%的氧和10 - 60 ppm的氢，而火星核心预计含有低浓度（<1重量%）的硅和O。
2014-10-13 astro-ph.EP
Modelling of thermal stratification at the top of a planetary core: Application to the cores of Earth and Mercury and the thermal coupling with their mantles
本文提出了一种新的数值方法来求解一维球壳导热问题。该计划采用的解决方案的传导方程在每个间隔所选择的离散化是有效的，如果在间隔边界的通量是恒定的时间。这种分段定常通量（PWSF）数值格式在空间域上是连续的和可微的，便于在能量守恒的行星核热演化模型中实现，当热通量为亚绝热时，核幔边界下形成了传导分层层。一个随时间变化的分层区域上的行星体的一般演变的影响进行检查，在施加一个绝热温度分布的核心。通过考虑分层的行星核心的热通量是亚绝热的，在冷却速率的径向变化被占，而在其他方面的核心的能量分布是固定的强加的热量。在热分层区域的生长过程中，核心的深部比核心的外部冷却得更快。因此，如果考虑成层区，则内核的尺寸增大，核幔边界处的温度和热通量分别增大。对地球来说，影响可能很小，在对分层区域本身不特别感兴趣的热演化研究中可以忽略不计。对水星来说，这些影响要大得多。例如，如果忽略热分层，内核的年龄可能会被低估几十亿年。考虑到水星核心的热分层也增加了地幔温度，导致更大的热通量进入岩石圈，并抑制了地幔对流。
2021-05-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
Whole planet coupling between climate, mantle, and core: Implications for the evolution of rocky planets
地球的气候、地幔和地核在地质时间尺度上相互作用。气候影响板块构造是否可以在行星上发生，凉爽的气候有利于板块构造，因为它们增强了岩石圈的应力，抑制了板块边界退火，并促进了岩石圈的水合作用和弱化。板块构造在长期的碳循环中起着至关重要的作用，这有助于维持温和的气候。板块构造提供了地核的长期冷却，这对于产生磁场至关重要，而磁场能够屏蔽大气挥发物免受太阳风的影响。气候、地幔和地核之间的耦合可以潜在地解释地球和金星的不同演化。由于金星离太阳太近，液态水不可能存在，因此没有长期的碳循环，因此气候非常炎热。因此，板块构造无法运作，由于地核冷却不足，长期存在的地核发电机无法维持。在可能存在液态水的宜居带内的行星上，根据初始大气成分、大量挥发物含量或板块构造开始的时间等因素，可能会发生各种各样的演化情景。这些进化轨迹中的许多都会使地球变得不适合居住。然而，气候、地幔和地核之间的耦合性质仍然存在很大的不确定性。未来的工作需要限制潜在的进化情景和类似地球进化的可能性。
2017-11-18 astro-ph.EP
Constraining the Origin of Mars via Simulations of Multi-Stage Core Formation
本研究通过多阶段核-幔分异模型和Grand Tack模拟，发现单一氧化梯度无法同时再现地球和火星的幔组成，并确定火星构建块须起源于1.0 AU之外。
2023-04-21 astro-ph.EP
High-pressure, temperature elasticity of Fe- and Al-bearing MgSiO3: implications for the Earth's lower mantle
Fe和Al是除Mg、Si和O之外最重要的两种成岩元素。它们存在于下地幔最丰富的矿物MgSiO_3桥镁石、MgSiO_3后钙钛矿和MgO方镁石中，改变了它们的弹性性质。然而，关于含铁和铝的MgSiO_3桥晶石和后钙钛矿的热弹性的知识很少。在这项研究中，我们进行从头算分子动力学计算的弹性和地震性质的纯，Fe^{3+}-和Fe^{2+}-，和Al^{3+}轴承MgSiO_3钙钛矿和后钙钛矿，在广泛的压力，温度和Fe/Al组成。我们的研究结果表明，类似地幔岩的矿物组合符合一维地震学模型，至少在核幔边界上方几百公里处，即D“区域的顶部。在D“中，类似的组成仍然非常适合于平均速度，并且相当接近于密度。我们还利用地球动力学模型实现了多晶塑性，以预测由此产生的地震各向异性，并发现在所有成分中具有主导（001）滑移的后钙钛矿与D“中的地震观测结果最一致。
2015-07-17 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Mapping deep-mantle compositional heterogeneity using a directional geoneutrino detector
Tohoku University（东北大学）；Research Center for Neutrino Science, Tohoku University（东北大学中微子科学研究中心）；Center for Geoneutrino Research, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院海洋研究所地球中微子研究中心）；Department of Earth Science, Tohoku University（东北大学地球科学系）；Department of Geological, Environmental, and Planetary Sciences, University of Maryland（马里兰大学地质、环境与行星科学系）；University of Maryland（马里兰大学）；High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构（KEK））
针对深地幔是否含有富放射性地幔储层（如LLVPs）的争议，提出通过定向地球中微子探测打破传统速率测量的简并性，并基于拟议的海底探测器（OBD）验证了区分化学均匀与非均匀地幔的可行性。
2026-06-16 astro-ph.EP astro-ph.IM hep-ex
The Composition and Mineralogy of Rocky Exoplanets: A Survey of >4,000 Stars from the Hypatia Catalog
我们对Hypatia目录中>4,000颗恒星的组成进行了调查，以研究岩石系外行星（即，那些岩石表面，主要是硅酸盐的）可能在地质学上与地球相似，至少在成分和矿物学方面。要做到这一点，我们探索各种报告的恒星成分，然后确定一个可能的范围外行星地幔矿物。我们发现，系外行星地幔将可能占主导地位的橄榄石和/或斜方辉石，这取决于核心形成过程中的铁分配。一些系外行星可能是镁橄榄石或石英饱和的，我们提出了一个新的分类方案的基础上的重量$\%$比（FeO+MgO）/SiO $_{2}$，以区分岩石类型。但完全外来的矿物应该是罕见的。我们发现，一半或更多的系外行星地幔矿物的范围是由核心的形成，我们使用$α_{Fe}$ = $Fe^{BSP}$ / $Fe^{BP}$模型，其中$Fe^{BSP}$是铁在块状硅酸盐行星（散装行星，减去核心），在阳离子重量$\%$的基础上（元素重量比例，不存在阴离子）和$Fe^{BP}$是阳离子重量$\%$的铁散装行星。在我们的太阳系中，$α_{Fe}$的变化范围从0（水星）到0.54（火星）。系外行星地幔矿物学的剩余变化来自恒星成分的非平凡变化。我们的主要氧化物分析也证实了早期的同位素研究，表明地球是非太阳（非南极）。我们还发现，主要的氧化物估计地球的地幔似乎排除了隐藏的组成部分，在地幔深处，将允许一个大规模的太阳能/南极地球。如果它确实存在，这样一个隐藏的成分必须至少占地…
2019-07-11 astro-ph.EP
Core-mantle partitioning and the bulk Earth abundances of hydrogen and carbon: Implications for their origins
本研究同时测定地球核形成条件下氢和碳的金属/硅酸盐分配系数，基于兼容地球成分的核形成场景建模，揭示地球氢碳丰度及起源，发现其组成物质需碳质球粒陨石贡献且部分源自非碳质球粒陨石。
2025-08-25 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Earth's accretion inferred from iron isotopic anomalies of supernova nuclear statistical equilibrium origin
陨石中的核合成铁同位素异常可以用来重建太阳系早期的动力学演化，并确定建造行星的物质的起源和性质。使用高精度的铁同位素数据的23个铁陨石从9个主要的化学组，我们表明，所有的铁陨石显示相同的基本二分法之间的非碳质（NC）和碳质（CC）陨石以前观察到的其他元素。Fe同位素异常主要是由54 Fe的变化产生的，其中所有CC铁陨石的特征是相对于NC铁陨石的54 Fe过量。在相同的CC陨石群中观察到54 Fe的过量伴随着58 Ni的过量。总之，这些过剩的54 Fe和58 Ni是由Ia型超新星或核坍缩超新星的Si/S壳层中的核统计平衡产生的。新的Fe同位素数据显示，地球地幔的图上或接近铁陨石中Fe，Mo和Ru同位素异常所定义的相关性，表明在整个地球的吸积过程中，其构建块的同位素组成并没有急剧变化。虽然地球地幔的Fe同位素组成与Cl-辉长岩相似，但后者与地球地幔的其他元素明显不同（例如，大地，是大地的一部分，是大地的一部分。CI榴辉岩相对于地幔表现出较大的Cr和Ni同位素异常，这一事实表明CI榴辉岩不太可能为地球贡献大量的Fe。
2021-10-12 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.geo-ph
Core and mantle thermal evolution constraints on the onset of plate tectonics and a long-lived geodynamo
Institute of Space Research, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)（空间研究所，德国航空航天中心）
研究通过1D模型探讨地核与地幔热演化，揭示地幔构造起源对地球热磁历史的影响，解决新地核悖论。
2026-08-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
Redox hysteresis of super-Earth exoplanets from magma ocean circulation
内部氧化还原反应可能会不可逆转地改变地幔成分和地球和超级地球系外行星的挥发性库存，并影响大气观测的前景。然而，这些机制的全球效力取决于还原铁从熔融硅酸盐地幔向金属核的转移。标度分析表明，亚海王星内部岩浆海洋的湍流扩散可以动力学夹带液态铁液滴和淬火核心的形成。这表明，核，地幔和大气之间的化学平衡可能是积极的限制在岩浆流的对流翻转。因此，熔融的超级地球可能保留了其吸积路径的成分记忆。岩浆海洋环流对氧化还原的控制与行星热流、内部重力和行星大小呈正相关。因此，大气剥离的系外行星的存在和物种形成，表面矿物学和核心质量分数可能会限制岩浆海洋动力学。
2021-05-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The efficient delivery of highly-siderophile elements to the core creates a mass accretion catastrophe for the Earth
Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）；Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS（巴黎大学巴黎地球物理学院，法国国家科学研究中心）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Department of Earth Sciences, University of Cambridge（剑桥大学地球科学系）
研究指出，大型撞击体的金属会沉入地核，导致HSEs在地幔中无痕迹，但考虑到碰撞体大小分布，需大量金属进入地核，与观测到的HSE浓度矛盾，建议通过高效粉碎或氧化物质吸收来解决。
2026-03-18 astro-ph.EP
Anatomy of rocky planets formed by rapid pebble accretion III. Partitioning of volatiles between planetary core, mantle, and atmosphere
含有氢、碳和氮的挥发性分子是行星大气的关键组成部分。在岩石行星形成的卵石吸积模型中，这些挥发性物质在行星形成的主要阶段被吸积。在这项研究中，我们模拟了一个成长中的行星内挥发物的分配和表面的放气。对于金属和硅酸盐熔体之间的H和C分配系数的实际值，地核储存了地球90%以上的氢和碳预算。地球和金星的岩浆海洋足够深，可以将亚铁$^{2+}$氧化成铁Fe $^{3+}$。这种氧化态的增加导致了地球岩浆海洋中主要是CO $_2$和H $_2$ O的脱气。相比之下，火星地幔的氧化态仍然很低，主要的释氢载体是H $_2$。由于年轻的太阳以XUV波长照射，这些氢很容易逃离大气层，并将大气层中大部分的CO、CO $_2$、H $_2$ O和N $_2$带走。火星上有少量的地表水，与提议的古代海洋海岸线一致，地幔氧化值适度较低。由于氮在岩浆中的溶解度极低，因此氮在地核和大气之间的分配相对均匀;因此，在地核中埋藏大量的氮是不可能的。地球的整体低N含量不同意高丰度的N在所有球粒陨石类，有利于卵石雪的挥发性交付。我们的卵石吸积快速形成岩石行星的模型显示出与太阳类地行星挥发性成分的广泛一致性。因此，类地行星的多样性可以作为基准案例来校准太阳系外岩石行星及其大气模型。
2023-01-26 astro-ph.EP
The core-mantle mode of gravitational oscillation
University of Alberta（阿尔伯塔大学）
本研究揭示一种新的地核-地幔引力振荡模态（CMG），其周期约40-100年，可能共振放大流体核驱动的日长多年代变化。
2026-09-15 astro-ph.EP physics.geo-ph
The coupling between inertial and rotational eigenmodes in planets with liquid cores
地球是一个快速旋转的物体。离心力使其形状类似于扁平的椭圆体，科里奥利力在其流体核心中支持波，称为惯性波。这些波可以导致流体的全局振荡或模式。地球自转轴的周期性变化（章动）可以导致地幔和流体核之间的角动量交换，并激发这些惯性模式。除了存在的粘性扭矩，无论边界的形状，小压扁的核幔边界（CMB）允许惯性模式施加压力扭矩的地幔。这些力矩有效地将地球的刚体动力学与流体核的流体动力学耦合。在这里，我们提出了第一个高分辨率的数值模型，同时解决了地幔的刚体动力学和液核的纳维-斯托克斯方程。这种方法自然地考虑到在当前章动模型中被忽略的流体中的耗散过程。我们发现，自由核章动（FCN）模式，主要是一个环形流体流动，如果地幔有一个大的转动惯量，进入共振附近的模式，如果地幔的转动惯量减少。这些模式相互作用似乎与Schmitt（2006）在具有不同扁平度的均匀旋转椭球体中发现的模式相互作用完全相似。
2019-05-09 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean Earth with graphite-saturated magmas
火山气体提供了地球早期大气的很大一部分，但对其流量的限制很少。在这里，我们的模型如何C-O-H脱气可能已经通过晚冥古宙和早太古代的条件下，全球板块构造尚未启动，所有的脱气是subaerative，石墨是稳定的碳相在熔体源区。该模型完全耦合数值地幔对流，分配到熔体中的挥发分，在气相中的化学形态。地幔氧化态（可能没有达到太古代晚期的冥古宙值）是对个别物种脱气率的主要控制，因为它影响玄武岩岩浆的碳含量和脱气挥发物的物种形成。来自地幔的火山气体比铁-方铁矿矿物氧化还原缓冲剂更还原，几乎不含CO2，因为（i）碳酸根离子仅以非常有限的量溶解在岩浆中，（ii）几乎所有脱气的碳都以CO而不是CO2的形式存在。对于氧化地幔附近的石英-铁橄榄石-磁铁矿缓冲区，我们预测中位数CO2出气率小于约5 Tmol/年，仍然低于许多太古代气候研究中使用的出气率。相对较弱的释气部分是由于氧化还原限制的石墨饱和熔体中的CO2含量，也到一个停滞的盖政权的上地幔挥发物的低效补充。我们的研究结果指出，在微弱的年轻太阳下，火山温室维持一个温暖的气候需要某些化学和地球动力学的先决条件。
2021-08-30 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
