Oxygen-driven enhancement of electron correlation in hexagonal iron at Earth's inner core conditions
本文通过DFT+DMFT计算证明氧原子能稳定地球内核条件下六方结构铁，其电阻率增强支持热对流模型，且地震波速度与PREM数据定量吻合。
2021-11-22 physics.geo-ph
The fate of liquids trapped during the Earth's inner core growth
内核的生长历史与地球的热历史有着内在的联系。内核的结晶可能由于过冷而被延迟，并且在通过成核屏障之后经历了快速生长的初始阶段，但是到目前为止，还没有证据或约束来提出这种可能事件的时间。利用两相流动力学，我们探讨了不同的增长方案的内核的效果，以确定其对液体部分结构的影响。目前对内核内熔体部分的地震观测将孔隙度限制在最大10%的液体。我们的模型提供了限制成核的延迟相比，第一个晶体可能已经开始成核的时间，我们发现，过冷不能超过100 K。
2019-12-27 physics.geo-ph
Understanding the two-step nucleation of iron at Earth's inner core conditions: a comparative molecular dynamics study
本研究利用两种原子间势的分子动力学模拟，发现在地球内核条件下铁的亚稳态bcc相成核率显著高于hcp相，从而大幅降低成核过冷阈值，验证了铁两步成核机制的普遍性。
2025-03-20 physics.geo-ph
Core-mantle boundary deformations and J2 variations resulting from the 2004 Sumatra earthquake
在2004年苏门答腊地震产生的核幔边界的变形进行了研究，通过全球同震和震后变形的半分析理论模型，预测毫米同震扰动的核幔边界的大部分。分析和讨论了这种变形的频谱特征。本文还计算了不同软流层粘性模型下重力场椭圆部分（J2）的震后随时间演化。我们的研究结果表明，对于小于10^18 Pa·s的软流圈粘度，未来几年的震后J2变化有望在大地测量观测中留下可检测的信号。
2007-07-04 physics.geo-ph
GRACE -- gravity data for understanding the deep Earth's interior
虽然GRACE空间飞行任务观测到的时间重力变化的主要原因是地球表面响应气候和人为强迫而发生的水团重新分布（例如，陆地水文、海洋质量、冰川和冰盖质量的变化），固体地球质量的再分布也被这些观测记录下来。特别是冰川均衡调整（GIA）或地幔对末次冰消作用的粘性响应。然而，直到最近才发现重力数据还包含了外核内部流动的特征及其对核幔边界的影响。在GRACE观测中探测地球深部的过程提供了一个令人兴奋的机会，可以提供关于核幔界面动力学的额外见解。本文介绍GRACEFUL（Gravimetry，mAgnetism and CorE Flow）计划的一个方面，即利用重力场资料了解地球流体核和核幔边界内的动力学过程的可能性，以及地磁场变化所提供的动力学过程。
2020-12-20 physics.geo-ph
Sensitivity of the Geomagnetic Octupole to a Stably Stratified Layer in the Earth's Core
目前的“类地球”数值发电机模拟能够再现观测到的地磁场的许多特征。一个值得注意的例外是地磁八极分量。在这里，我们调查是否一个稳定的分层层在顶部的核心，一个失踪的成分在标准发电机模拟，可以解释所观察到的地磁八极。通过数值模拟，我们发现稳定层的存在对磁场的八极偶极比有显著的影响。特别地，我们发现60 km的稳定性较强的稳定层或130 km的稳定性较弱的稳定层与观测结果是一致的，而350 km的稳定层与最近的地震学证据所表明的过去10，000年的地球八极场是不一致的。
2018-10-09 physics.geo-ph
Assessing the feasibility and consequences of nuclear georeactors in the Earths core mantle boundary
我们评估的可能性和地球化学后果核地质反应堆的存在，在核-幔边界区（CMB）之间的地球硅酸盐地幔和金属核。目前地球内部的地球化学模型预测，铀和钍在CMB中只集中在矿物硅酸钙钙钛矿（CaPv），导致预测的浓度水平约为12 ppm的联合U和Th，4.5 Ga前，如果CaPv均匀分布在整个CMB。假设原始的244 Pu有类似的行为，那么自发裂变会产生相当大的中子通量。我们表明，一个额外的浓缩因数的数量级是必需的，既点燃和维持自我维持的快速裂变的基础上的地质反应堆。功率为5 TW的连续运行的地质反应器可以解释在地球地幔中观察到的氦和氙的同位素成分。我们的假设需要在CMB中的U和Th浓度升高的存在下，是经得起检验的方向敏感地中微子断层扫描。
2008-05-06 physics.geo-ph
Convectively driven decadal zonal accelerations in Earth's fluid core
根据磁场观测和日长的变化，推测地球流体核中存在与自转轴同轴的柱面方位加速度。这些加速有一个典型的几十年的时间尺度。然而，引起加速度的物理机制还没有很好地理解。标度参数表明，在圆柱表面上平均的首阶扭矩应该来自洛伦兹力。在对流的驱动下，地核内部磁场的十年波动可能会迫使洛伦兹力矩发生十年变化，并产生纬向加速度。我们通过构建一个磁对流的准地转模式准地转模式来检验这一假设，热驱动流扰动一个稳定的，强加的背景磁场。我们表明，当我们的模型中的阿尔文数是类似的，在地球的流体核心，在扭矩平衡的时间波动占主导地位的洛伦兹扭矩，后者产生的平均纬向加速度。我们的模型再现了快速的自由阿尔文波和缓慢的强迫加速度，相对强度和相对时间尺度的比值与地核相似。驱动随时间变化的洛伦兹扭矩的磁场的时间变化由下面的对流产生，在与对流涡流相关的时间尺度上剪切和平流输送磁场。我们的研究结果支持的假设，即在地球的流体核心深处的磁场的时间变化驱动器所观察到的十年纬向加速度的圆柱表面通过洛伦兹力矩。
2022-01-03 physics.geo-ph
Inner core static tilt inferred from intradecadal oscillation in the Earth's rotation
本研究利用日长变化中与ICW相位一致的约8.5年振荡，推断内核相对地幔存在0.17°静态倾斜，并估算内核边界密度跃变为0.52 g/cm³。
2023-12-09 physics.geo-ph
Axial invariance of rapidly varying diffusionless motions in the Earth's core interior
在内核脉冲旋转引起的瞬变运动中，地转喷流以阿尔文波的形式传播，出现在一个被磁场渗透的快速旋转球壳中。这些轴向不变的运动演变的时间尺度是短的磁扩散时间相比。的数值研究被视为说明一个更一般的点：在这样一个快速的时间尺度上的无量纲数适当比较的旋转和磁力是独立的磁扩散率与常用的Elsasser数。扩展到非轴对称运动的分析支持发表的研究发电机模型和磁不稳定性。
2008-09-19 physics.geo-ph
The axial ratio of hcp iron at the conditions of the Earth's inner core
我们提出了从头计算的高温轴向c/a比的六方密堆积（hcp）铁在地球的核心压力，以帮助解释所观察到的地震各向异性的内核。计算是基于密度泛函理论，这是众所周知的预测高压铁的性能具有良好的准确性。c/a的温度依赖性是通过在固定体积和温度下最小化亥姆霍兹自由能来确定的，其中由于晶格振动使用谐波理论计算的热贡献。非谐修正的谐波预测估计从计算的热平均应力从从头算分子动力学模拟六方晶系铁在内核的条件。我们发现轴比随温度的增加而逐渐增加。这种增加比早期计算中发现的要小得多，但与最近的高压，高温衍射测量结果合理一致。这一结果对早期对内核地震各向异性的解释提出了质疑。
2004-09-21 physics.geo-ph
Formulation of a Triaxial Three-Layered Earth Rotation: I. Theory and Rotational Normal Mode Solutions
本文建立了一个三轴三层滞弹性地球自转理论，该理论考虑了各种核-幔耦合，包括外核-幔作用于内核的压力和重力耦合，外核-幔耦合以及外核-内核耦合。在此基础上，我们给出了四种转动正交模的数值解，包括Chandler摆动（CW）、自由核章动（FCN）、自由内核章动（FICN）和内核摆动（ICW）。三轴性导致CW和ICW的周期分别增加了约0.01和0.35个平均太阳日（d）。地幔滞弹性和海潮耗散是造成CW的主要原因，而对FCN的贡献很小，而粘电磁耦合耗散则是造成FCN、FICN和ICW的主要原因。通过研究不同类型的耦合，我们发现，压力耦合起着主导作用，而粘电磁或引力耦合单独或一起引起逆行FICN。另一方面，在不同的核-幔耦合条件下，ICW周期在130 d到21 a之间变化很大。
2019-01-29 physics.geo-ph
Melting-induced stratification above the Earth's inner core due to convective translation
除了全球南北各向异性（1），还有两个与地球内核有关的神秘的地震学观测结果：东半球和西半球之间的不对称（2-6）以及在外核底部存在一层地震速度降低的层（6-12）。这个250公里厚的层被解释为轻元素（13）中成分减少的稳定分层区域。在这里，我们表明，这层可以产生同时结晶和熔化的表面上的内核，并在内核中的热对流的平移模式可以产生足够的熔化和结晶，分别在每个半球上的致密层的发展。我们提出的动力学模型引入了一个明显的不对称之间的熔化和结晶半球，形成的基础上，也解释了东西不对称。目前的平移速度被发现是典型的1亿年的内核完全更新，这是一个到两个数量级的增长速度比内核的半径。轻元素造成的浮力通量的强烈不对称性预计将对外核的动力学和地球发电机产生影响。
2012-01-05 physics.geo-ph
Fe alloy slurry and a compacting cumulate pile across Earth's inner-core boundary
地震观测表明，相对于初步参考地球模型，外核底部的压缩波梯度降低，内核顶部东西半球之间的地震波不对称。在这里，我们提出了一个模型的内核边界（ICB），其中浆层形成通过分离结晶的Fe合金的基础上的外核（F层）的顶部的内核（F'层）的压实累积桩。利用最近的矿物物理数据，我们表明，铁合金的分步结晶（例如，Fe-Si-O）与轻元素分配可以解释在F层中观察到的降低的速度梯度，在液体中固体分数为~15（5）%的情况下，由于优先轻元素分配到液体中而具有组成梯度。由于外核内大尺度热流的横向变化，F'层的压实堆积体在东西半球之间可能表现出厚度的横向变化，这可以解释地震速度的东西不对称性。我们的解释表明，固体铁合金的内核具有约10^23 Pa·s的高剪切粘度。
2019-04-08 physics.geo-ph
Chemical basis of deep-Earth physics: Emphasis on the core-mantle boundary D''
目前关于地球内部的流行观点几乎完全是在物理学的基础上发展起来的。本着联合国指定2011年为国际化学年的精神，我统一了660公里深度以下地球物质的化学和物理推论。我涉及的基本质量比的关系，该地区的内部部分与相应的顽火辉石球粒陨石部分，提供了一个定量的基础，了解“地震粗糙”的问题，在核心地幔边界，D”，所产生的地球核心沉淀物，“核心漂浮物”，CaS和MgS。笔者认为超低速带由CaS组成。
2011-01-26 physics.geo-ph physics.pop-ph
Magnetostrophic MRI in the Earth's Outer Core
我们表明，一个简单的，修改后的版本的磁旋转不稳定性（MRI）可以开发在地球的外液核，在存在的背景剪切。它需要热成风，或一个主要的不稳定性，如对流，以驱动核心内的弱差异旋转。地核中的力平衡与MRI的经典天体物理学应用（如恒星周围的气体盘）非常不同。在这里，地球核心的弱差异旋转通过与行星更大的旋转速率的建设性相互作用产生不稳定性。由此产生的不稳定机制刚好足以抵消稳定电阻效应，并在有趣的时间尺度上产生增长。我们给出了一个简单的物理解释的不稳定性，并表明，它依赖于一个力的平衡适当的地球的核心，称为磁旋平衡。
2009-01-09 astro-ph.EP physics.geo-ph
Turbulence in Earth's core generates large topographic torques on the mantle
本文通过带边界地形的旋转球壳对流数值模拟和渐近理论，证明地核湍流产生的地形扭矩足以解释观测到的日长变化。
2025-06-09 physics.geo-ph
Joint Bayesian inference of Earth's magnetic field and core surface flow on millennial timescales
Lund University（隆德大学）；Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、萨瓦-蒙布朗大学、法国国家科学研究中心、法国国家科研所、古斯塔夫·埃菲尔大学）；Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université Paris Cite（巴黎地球物理研究所、法国国家科学研究中心、巴黎 Cité 大学）
提出一种贝叶斯框架，利用考古/古地磁数据直接重建过去9000年地球磁场与核表面流的耦合演化，通过高效离散边缘化年龄不确定性解决高维反演难题。
2026-04-03 physics.geo-ph
Thermal and electrical conductivity of iron at Earth's core conditions
地球就像一个巨大的热机，由放射性同位素的衰变和缓慢的冷却驱动，从而引起板块构造、火山和造山运动。另一个关键产物是地磁场，它是由一台发电机在液态铁核中产生的，发电机靠冷却和冻结释放的热量来生长固态内核，并靠冻结时从液体中排出的轻元素产生的化学对流来运转。提供给地球发电机的能量，通过核幔边界（CMB）的热通量来测量，对地球的演化产生了限制。宇宙微波背景辐射热通量的估计取决于堆芯中铁混合物在极端压力和温度条件下的性质，最关键的是导热率和电导率。由于实验和理论上的固有困难，这些量仍然知之甚少。在这里，我们使用密度泛函理论计算这些电导率在液态铁混合物在核心条件下的第一原理-第一个直接计算的值，不依赖于估计的基础上推断。Fe、O、S和Si的混合物取自早期的工作，并符合地震学确定的核心密度和内核边界密度跳跃。我们发现这两种电导率都比目前使用的估计值高2-3倍。这些变化是如此之大，以至于必须重新评估堆芯的热历史和功率需求。新的绝热热通量估计值在CMB处为15-16 TW，高于目前基于地幔对流对CMB热通量的估计值;地核顶部必须是热分层的，上部地核中的任何对流都是由化学对流驱动的，以对抗CMB热流中不利的热浮力或横向变化。地球发电机的能量受到很大的限制，未来的地幔演化模型必须包含高CMB热通量，并解释最近形成的内核。
2012-03-22 physics.geo-ph
Geophysical implications of a decentered inner core
在第一近似中，地球内部具有球对称的各向同性结构。在过去的几十年里，地球物理观测揭示了在不同的空间尺度上，这种基本结构存在多种扰动。本文讨论了当内核偏离地球的质心时，这种基本结构所引起的半球扰动。利用数值模拟观测到的半球不对称的地震波通过上部内核，更快的到达时间和更高的衰减在东半球，我们估计，目前的位置的内核从地球中心向东移动了几十公里，在赤道平面。如果作用在内核上的力只有重力，那么它的平衡位置将在地球的中心，估计的位移将是不可能的。我们推测，由于与外核内部的流动和磁场的相互作用，内核处于永久的混沌运动。为了支持这一假设，我们分析了十多个不同的地球物理现象一致的内核运动占主导地位的时间尺度从几百年到几千年。
2014-02-26 physics.geo-ph
Spectral element modeling of three dimensional wave propagation in a self-gravitating Earth with an arbitrarily stratified outer core
本文讨论全球尺度地震波传播的谱元模拟。特别强调了与低频研究相关的两个方面。首先，该方法是广义超越考林近似，以充分考虑自引力的影响。特别地，地球外的重力场的扰动通过将谱元解投影到球谐函数的基础上来处理。其次，我们提出了一个新的配方内的流体，它允许考虑任意密度分层。它是基于一个分解成两个标量位的位移，并在一个完全明确的流固耦合策略的结果。该方法的实施是仔细详细的，其准确性是通过一系列的基准测试证明。
2003-08-27 physics.geo-ph
Evolution of the inner core of the earth: consequences for geodynamo
利用地核演化模型和日长观测，考虑了无量纲地球发电机参数的变化。演化模型包括冷却的液体绝热核心，增长的固体核心，并在核心的外部与亚绝热温度梯度的区域。该模型涵盖了过去4.5Ga到未来1.5Gy的时间段，给出了热对流和成分对流的能源演化以及对流带的空间尺度。这些量用于Ekman、Rayleigh和罗斯贝数估计。到目前为止，这些数字决定了地磁场的产生机制，我们讨论了地球演化过程中地磁场的演化。
2019-05-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Fast Quasi-Geostrophic Magneto-Coriolis Modes in the Earth's core
地球磁场的快速变化可以用无粘和无扩散的准地转的（QG）磁科里奥利模来解释。我们提出了一个混合QG模型与柱状流和三维磁场，并找到模式的周期为几年的参数相关的地球核心。对于简单的极向磁场，我们认为在这里，他们显示出在赤道地区的动能和磁能的本地化。赤道附近的能量集中和高频率使它们成为解释最近地磁场观测中观察到的类似特征的合理机制。我们的模型可能开辟了一条途径，以探测地球的外核，否则无法访问的磁场结构。
2021-02-23 physics.flu-dyn physics.geo-ph
The interplay of fast waves and slow convection in geodynamo simulations nearing Earth's core conditions
地面观测站和卫星对地磁场时间变化的测定，可探测到地核缓慢、无惯性对流运动和快速传播、具有惯性的磁流体波相互作用的十年至一年的时间尺度范围。在这里，我们的数字模型，并共同调查这两个重要的功能的帮助下，地球发电机模拟（迄今为止）是最接近的动力学制度的地球核心。这个模型也大大扩大了以前的渐近标度分析的范围。在模型输出中识别出三类水动力波和磁流体波，它们的传播速度都大大超过对流平流：轴对称、地转阿尔文扭转波和非轴对称、准地转阿尔文和罗斯贝波。这些波对地磁加速度的贡献相当于在十年时间尺度上其能量密度谱分布的富集和平坦化，从而对在地磁频率功率谱中观察到的$f^{-4}$范围的范围提供了约束。由波携带的流动和磁加速能量都随着磁扩散时间尺度与阿尔芬时间尺度的比率线性增加，突出了阿尔芬波在信号中的主导地位和在非轴对称尺度下对磁耗散的稳定控制。外推的结果地球的核心条件支持检测的阿尔文波在地磁观测，无论是轴对称扭转振荡或通过非轴对称波引起的地磁急动。相比之下，罗斯贝波似乎太快，携带的磁能太少，在有限的时空分辨率的地磁加速度信号中是不可检测的。
2021-02-12 physics.geo-ph
Excitation of the Slichter mode by collision with a meteoroid or pressure variations at the surface and core boundaries
我们使用一个正常模式的形式主义计算响应的球形，自引力滞弹性PREM类地球模型在Slichter模式周期的各种激发源。形式主义利用地球的自由振荡理论的基础上的本征函数展开方法。我们确定完整的响应形式的格林函数得到的推广贝蒂的互易定理。表面（表面载荷，流体核心压力），内部（地震，爆炸）和外部（对象影响）的激励源进行了研究，以表明内核心的平移运动将最好的激励作用在核心边界的时间尺度短于Slichter本征周期的压力。
2012-02-24 physics.geo-ph
Bayesian inversion for the filtered flow at the Earth's Core Mantle Boundary
本文用贝叶斯方法研究了由外核磁场和长期变化模型确定核幔边界流动的反问题。为了避免由于可用字段的截断性质而产生的问题，我们结合了两种建模方法。第一步，我们在磁场上施加一个滤波器，通过减少小尺度中包含的能量来隔离大尺度，然后推导出描述滤波部分磁场时空演化的动力学方程，称为滤波冻结通量方程。在第二步中，我们提出了一个统计参数化的过滤磁场，以占其剩余的未解决的规模和其大规模的不确定性。这两个建模技术，然后包括在贝叶斯公式的反问题。为了探索复杂的后验分布的速度场由此产生的发展，我们数值实现了一个算法的基础上马尔可夫链蒙特卡罗方法。在评估我们的方法合成数据，并将其与以前介绍的方法进行比较后，我们将其应用于2005.0的单历元的真实数据。
2013-10-25 physics.geo-ph
Empiric Models of the Earth's Free Core Nutation
自由核章动（FCN）是限制地球自转轴运动在天球坐标系中建模精度的主要因素。已经提出了几种FCN模型。对已有的模型进行了比较分析，包括作者提出的模型。使用的FCN模型，大大提高了地球自转的建模精度。此外，从观测到的地球自转轴运动中提取的FCN分量是研究地核形状和自转的重要来源。不同FCN模型的比较表明，该模型是优于其他模型，如果用来提取地球物理信号（FCN的振幅和相位）从观测数据。
2009-08-13 astro-ph.EP physics.geo-ph
Implication of the lopsided growth for the viscosity of Earth's inner core
地球内核有两个主要的地震特征：南北两极的各向异性和P波速度和衰减的东西不对称。如果剪切变形是由对流运动引起的，则预期各向异性。翻译作为一种重要的内核对流模式最近被提出。结合一个简单的扩散晶粒生长模型，这种机制是能够解释所观察到的地震不对称性，但不是体各向异性。因此，各向异性的来源必须在由更高的对流模式引起的剪切运动中寻找。利用混合有限差分球谐Navier-Stokes方程求解器，研究了在内核边界具有可渗透边界条件的三维球模型中平移和对流的相互作用.三个参数独立地起作用：粘性、内部加热和外核中的对流速度。我们的数值模拟表明，纯平移的优势，内核的粘度高于$10^{20}$ Pas。当粘度低于$10^{18}$ Pas时，对流运动几乎完全阻碍了平移。在这些值之间，平移和对流发展，但对流下降仅限于结晶发生的最冷半球。在另一侧，剪切几乎不存在，从而允许晶粒生长。我们建议，在我们的数值模型中观察到的平移和对流的共存导致地震的不对称性，但局部变形只在一个半球。
2012-03-21 physics.geo-ph
Ab initio superionic-liquid phase diagram of Fe1-xOx under Earth's inner core conditions
Xiamen University（厦门大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文通过从头计算方法，在地球内核条件下构建了Fe₁₋ₓOₓ的超离子-液态相图，揭示了氧在不同铁相中形成超离子态的影响及稳定性区域。
2025-12-04 physics.geo-ph
Interannual Magneto-Coriolis modes and their sensitivity on the magnetic field within the Earth's core
本研究针对地球液态外核中的磁-科里奥利（MC）模态，提出高效求解特征值问题的新计算工具，分析不同背景磁场的影响，发现仅非轴对称背景场能支撑与近年地磁变化一致的模态，为理解地磁年际变化提供新依据。
2024-06-24 physics.geo-ph
Experimental evidence of a body centered cubic iron at the Earth's core condition
地球内核中铁的晶体结构仍然存在争议。最近的实验表明，六方密堆积（hcp）相。在模拟中，人们普遍认为hcp-Fe在内核压力和相对较低的温度下是稳定的。然而，在高温下，一些研究表明在内核条件下存在体心立方（bcc）相。我们在激光加热的金刚石池中，用微观结构分析和$\textit{in-situ}$ x射线衍射相结合的方法，研究了铁在200万大气压以上（> 200 GPa）和5000 K以上高温下的晶体结构。实验证据表明，在堆芯压力和高温下出现bcc-Fe，在压力-温度空间中从约95 $\pm$ 2GPa和2986 $\pm$ 79 K到至少222 $\pm$ 6 GPa和4192 $\pm$ 104 K的hcp-bcc转变线。的稳定性场的趋势意味着一个稳定的bcc-铁在地球的内核的条件下，包括解释地球的内核的地震各向异性的强有力的候选人的影响。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
A Comparison Of New Calculations Of The Yearly 10Be Production In The Earths Polar Atmosphere By Cosmic Rays With Yearly 10Be Measurements In Multiple Greenland Ice Cores Between 1939 And 1994 - A Troubling Lack Of Concordance Paper #2
我们比较了过去50-70年来地球极地大气中宇宙射线的10 Be年生产率和格陵兰岛两个独立冰芯的10 Be测量值。这些冰芯提供了这段时间内每年10 Be浓度和10 Be通量水平的测量结果。冰芯年度数据与生产数据的分散度大于正在测量的平均太阳11年生产变化。在冰芯数据与10 Be生产量的所有比较中，包括10 Be浓度、10 Be通量以及两个独立冰芯测量值的比较中，10 Be年生产量与冰芯10 Be测量值之间的互相关系数均<0.4。事实上，两个冰芯测量值之间的互相关（应该是测量同一个源）是所有测量值中最低的，只有~0.2。相关系数的这些值都指示“差”相关性。在互相关分析中使用的10 Be生产和10 Be测量之间的最佳拟合线的回归线斜率都在0.4-0.6的范围内。这是一个特殊的问题，历史预测太阳活动的基础上冰芯测量假设1：1的对应关系。我们对10 Be预测值和冰芯测量值之间的对应关系进行了其他测试，得出了同样的结论，即对冰芯测量值的其他影响，与生产变化本身一样大或更大，正在发生。这些影响可能是基于气候或工具。我们建议新的冰芯测量，可能有助于更清楚地定义这些影响是什么，如果可能的话，以纠正他们。
2010-04-15 physics.geo-ph
Electrical Conductivity of Iron in Earth's Core from Microscopic Ohm's Law
了解铁在高温高压下的电子输运性质对于约束地球物理过程至关重要。在地核条件下可靠地测量这些特性的困难要求能够支持诊断的复杂理论方法。我们目前的结果的电导率的压力和温度范围内发现在地球的核心从模拟微观欧姆定律使用时间相关的密度泛函理论。我们的预测为解决最近实验中的差异提供了新的视角。
2022-03-11 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
The Subgrid Problem of the Thermal Convection in the Earth's Liquid Core
本文研究了地球液核中的湍流热对流问题。在假设由于快速旋转而导致空间尺度减小的情况下，我们提出了用于大尺度模型的涡动扩散率亚网格模型。这种方法使得有可能模拟现实的制度与小埃克曼和罗斯比数（$E\sim 10^{-14}$，$R_o \sim 10^{-8}$）和足够大的瑞利数$R_a \sim 10^{12}$。得到的平均动能的估计值与观测值相当。该模型包括由于粘性扭矩的固体核心的旋转。
2003-11-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Probing the absolute density of the Earth's core using a vertical neutrino beam
我们证明，可以测量的绝对物质密度的地球的核心与垂直中微子工厂基线在百分之一的水平为$\sin^2 2 θ_{13} \gtrsim 0.01$，其中我们包括所有的相关性与振荡参数的分析。我们讨论了这种方法的地理可行性，并说明了如何作为检测器位置的函数的结果变化。指出了它与物理学的互补性。
2011-05-19 hep-ph physics.geo-ph
Density deficit of the Earth's core revealed by a multi-megabar primary pressure scale
本文通过联合测量铼的声速和密度建立多兆巴原级压力标尺，发现旧标尺在230吉帕高估压力至少20%，从而推断地球内核轻元素含量可能翻倍或温度更高。
2024-07-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
First principles simulations of liquid Fe-S under Earth's core conditions
基于广义梯度近似和超软范德比尔特赝势的密度泛函理论的第一性原理电子结构计算，已被用来模拟地球核心条件下的铁和硫的液态合金。我们使用了$\approx 12 % $ wt的硫浓度，与地球外核硫丰度的最大近期估计值一致。通过结构、动力学和电子结构性质的分析，研究了硫杂质对液体行为的影响。虽然已知纯硫在液相中形成链，但我们在液体模拟中没有发现任何聚合倾向。相反，净S-S排斥是显而易见的，我们提出了一个解释这种效应的电子结构。对系统动力学性质的考察表明，硫杂质对地球液核粘度的影响可以忽略不计。
1998-04-03 cond-mat physics.geo-ph
Transport properties for liquid silicon-oxygen-iron mixtures at Earth's core conditions
我们报告的热和导电性的两种液体硅-氧-铁混合物（Fe $_{0.82}$ Si $_{0.10}$ O $_{0.08}$和Fe $_{0.79}$ Si $_{0.08}$ O $_{0.13}$），代表地球的外核的组成在相关的压力-温度条件下，从密度泛函理论计算与Kubo-Greenwood公式。我们发现导热系数$k$ =100（160）W m $^{-1}$ K $^{-1}$，以及外核顶部（底部）的电导率$σ= 1.1 (1.3) \times 10^6 Ω^{-1}$ m $^{-1}$。这些新的数值比以前的估计高出2至3倍，对我们理解地球的热历史和地球磁场的功能，包括整个地核的快速冷却速度或地核中高水平的放射性元素具有深远的影响。我们还展示了一些混合物的结构和动力学性质的结果，包括部分径向分布函数，均方位移，粘度和声速。
2012-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Little Earth Experiment: an instrument to model planetary cores
在本文中，我们提出了一个新的实验设备，小地球实验，旨在研究液体行星核心的流体动力学。该装置的主要新颖性在于，透明导电电解质经受极高磁场（高达10 T）以产生与行星核心中的中等磁场产生的电磁效应相当的电磁效应。这项技术使得人们有可能第一次可视化的对流驱动发电机的主要力量之间的耦合，通过粒子图像测速（PIV）在几何相关的行星。我们首先提出的技术，使我们能够产生这些力量，并在高磁场环境中实施PIV。然后，我们表明，磁场急剧改变的对流羽流的结构，在有关的配置切圆柱区域的地球的核心。
2016-06-06 physics.geo-ph physics.ins-det
Radial gradient of superionic hydrogen in Earth's inner core
Xiamen University（厦门大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
通过第一性原理计算Fe-H体系的吉布斯自由能，构建超离子-液相相图，发现固液分配主要由相对铁熔点的约化温度控制，并揭示内核中氢的径向梯度。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Fermi-liquid behavior and thermal conductivity of ε-iron at Earth's core conditions
热态致密铁的电子态和输运性质在电子物理学中具有极其重要的意义。结合密度泛函和动力学平均场论，我们研究了电子相关性对六方密排$ε$ -Fe在地核条件下的电阻率和热阻率的影响。发现$ε$ -Fe表现为近乎完美的费米液体。费米液体中的散射率的二次依赖性导致修改的Wiedemann-Franz定律与抑制的热导率相比，电的。这显着增加了电子-电子热阻率，这被认为是相当的幅度的电子-声子之一。地球的核心动力学的影响进行了讨论。
2016-05-23 cond-mat.str-el physics.geo-ph
Two-step nucleation of the Earth's inner core
长期以来，人们一直认为地球的固体内核是在熔融铁冷却到熔点时开始生长的。然而，作为结晶的必要步骤的成核机制尚未得到很好的理解。最近的研究发现，它需要一个不切实际的过冷度来形成铁的稳定的六方密堆积（hcp）相，这在实际的地核条件下永远无法达到。这种矛盾导致了内核成核悖论[1]。在这里，使用持续胚胎方法和分子动力学模拟，我们证明了铁的亚稳态体心立方（bcc）相具有更高的成核速率比hcp相内核条件下。因此，体心立方形核可能是内核形成的第一步，而不是六方晶系相的直接形核。这一机制降低了铁形核所需的过冷度，为解决内核形核悖论提供了一个关键因素。内核的两步成核方案也为理解当前内核的结构和各向异性开辟了新的途径。
2022-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Xenon Reacts with Iron at the Conditions of the Earth's Core
对地球大气层的研究表明，与南极陨石中丰富的氙相比，超过90%的氙（Xe）已经耗尽。这一长期存在的缺失的水库悖论已成为相当感兴趣的主题，并已提出了几个水库水库模型。失踪的外星人是否藏在地核里一直是一个悬而未决的问题。解决这一问题的关键在于铁与铁（Fe，地球核心的主要成分）的反应性，这一点已被早期的研究所否定。在这里，我们报告的第一个证据的化学反应的铁和铁在地球的核心条件下，预测通过第一性原理计算和公正的结构搜索技术。结果表明，在183 GPa以上和4470 K时，Fe 3+和Fe形成了稳定的金属间化合物XeFe 3，具有Cu 3Au型面心立方结构。由于电子-> Fe的电荷转移，铁失去了它的化学惰性，打开了充满的5 p电子壳层，并作为一个5 p类元素，而Fe是不寻常的负电荷，作为氧化剂，而不是还原剂。我们的工作确定了地球的核心是一个天然的水库，储存二氧化碳，并可能提供了解开失踪的二氧化碳悖论的钥匙。
2013-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Melting Temperature of Iron Under the Earth's Inner Core Condition from Deep Machine Learning
本研究开发包含电子熵贡献的铁深度势能模型，通过热力学积分与固液共存模拟预测内核边界熔化温度，解决了与ab initio计算的差异，为后续多元素势能模型奠定基础。
2024-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Quantifying the effects of nickel on Earth's inner-core nucleation
Xiamen University（厦门大学）
本研究通过原子级模拟量化镍对地球内地核成核的影响，发现Fe80Ni20中bcc相成核在约250K过冷度下即可发生，镍富集、bcc相成核及化学异质性可缩小内地核成核悖论。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Ohmic dissipation in the Earth's outer core resulting from the free inner core nutation
昼夜引潮力可以激发地核的正交模，即自由内核章动（FICN），其特征在于内核的旋转轴相对于外核的旋转轴的倾斜。内核和外核之间的差速旋转引起外核中的流体运动，并在地球内部磁场存在的情况下引起欧姆耗散。章动测量可以反映这种耗散，如果它是足够强大的，从而可以提供洞察地球的核心的属性和动态。在这项研究中，我们进行了一组数值计算的线性扰动的外核诱导的FICN在非常低的埃克曼数（小到$10^{-11}$）。数值结果表明，磁场的反作用显著地改变了FICN引起的微扰的结构和长度尺度，从而影响了微扰引起的欧姆耗散.当埃克曼数足够小时，欧姆耗散往往对流体粘度和磁扩散率不敏感，这使得我们能够在不依赖于外推的情况下估计与FICN相关的欧姆耗散。与Buffett（2010 b）的结果相反，基于我们的数值计算估计的欧姆耗散太弱，无法解释FICN模式的观察到的阻尼。这也意味着章动测量不能对地球外核内的磁场强度提供有效的约束。
2019-10-05 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Tomography of the Earth's Core Using Supernova Neutrinos
我们研究了利用未来银河系超新星爆炸产生的中微子对地核进行中微子振荡层析成像的可能性。我们建议使用现有的或计划中的探测器，从而获得额外的回报。假设所有讨论的不确定性都能像预期的那样减少，我们发现地球内核和外核的平均物质密度可以用与地球物理学竞争的精度测量。然而，由于地震波对物质密度跳跃比平均物质密度更敏感，中微子物理学将提供部分补充信息。
2003-02-05 astro-ph hep-ph physics.geo-ph
Rapid solidification of Earth's magma ocean limits early lunar recession
研究地球岩浆洋凝固期间的潮汐演化，发现能量耗散使早期月球退行有限，凝固结束时月球距地球约7-9个地球半径，这加剧了早期潮汐耗散建模的困难，但也为解决月球倾角问题提供了新可能。
2023-04-10 astro-ph.EP physics.geo-ph
Order-Disorder in Fe-Si Alloys: Implications for Seismic and Transport Properties of Earth's Inner Core
Carnegie Institution for Science（卡内基科学研究所）
铁硅合金在高压高温下呈现序-无序现象，其结构和输运性质影响地球内核的地震各向异性与热演化。
2026-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
PBE-GGA Predicts the B8$\leftrightarrow$B2 Phase Boundary of FeO at Earth's Core Conditions
本研究通过PBE-GGA + Mermin泛函计算完全非谐自由能，成功预测了地球内核条件下FeO的B8$\leftrightarrow$B2相边界，验证了标准DFT泛函的适用性并提供了预测该区域的理论框架。
2022-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Thermal conductivity and electrical resistivity of solid iron at Earth's core conditions from first-principles
计算了六方铁的热导率和电阻率对地核压力和温度的响应。我们发现显着的贡献，从电子-电子散射，通常被忽视的过渡金属在高温下。我们的计算表明，在极高的压力下，六方铁的电阻率和温度之间的准线性关系。我们得到的热导率和电导率，考虑合理的误差与实验一致。预测的热导率从以前的估计，忽略电子-电子散射减少。我们估计外核的热导率为77 $\pm$ 10 W/m/K，与热对流驱动的地球发电机一致。
2018-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Oxygen in the Earth's core: a first principles study
基于密度泛函理论的第一性原理电子结构计算已被用于研究在地核条件下铁和氧的固溶体和液态合金的热力学、结构和输运性质。这项工作的目的是确定氧浓度，以解释推断的外核中的密度，以探测液体的稳定性对相分离，以解释在液体中的键合，并找出是否粘度显着不同的纯液态铁在相同的条件下。结果表明，所需的氧浓度在25-30摩尔%的范围内，并证明了在这些条件下的相稳定性。Fe-O键是部分离子键，但具有较强的共价成分。其粘度低于地球核心条件下的纯液态铁。它示出，早期的第一性原理计算表明非常大的形成的固溶体的晶体结构可能需要重新解释，因为假设的晶体结构是不是最稳定的氧浓度的利益。
1998-09-24 cond-mat physics.geo-ph
The Fe-Ni phase diagram and the Earth's inner core structure
本文通过从头算模拟构建 Fe-Ni 合金相图，揭示镍对地球内核结构的显著影响，并提出内核边界 bcc-液态共存及内核内部 bcc-hcp 多层结构的新图景。
2025-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Influence of oxygen on electronic correlation and transport in iron in the outer Earth's core
结合分子动力学、密度泛函理论和动力学平均场理论，研究氧杂质对液态外地核铁的电子关联与输运的影响，发现电子关联增强但电导率仅降10%、热导率降18%，并揭示热导率更大抑制及Lorenz比降低的机制及其地球物理意义。
2023-04-27 cond-mat.str-el physics.geo-ph
