RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2017

 / 

Октябрь

←  →

Методические заметки


Поведение системы Fe—S при высоких давлениях и состав ядра Земли

 а,  б,  в, б, а
а Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Воробьевы горы, Москва, 119991, Российская Федерация
б Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация
в Сколковский институт науки и технологий, Территория Инновационного Центра  Сколково , Большой бульвар 30, стр.1, Москва, 121205, Российская Федерация

С помощью метода предсказания кристаллических структур USPEX определены термодинамически стабильные составы и кристаллические структуры соединений в системе Fe—S в диапазоне давлений 100—400 ГПа. Обнаружено, что при давлениях, характерных для внутреннего ядра Земли (330—364 ГПа), стабильны только два соединения: Fe2S и FeS. При этом только Fe2S может существовать в равновесии с железом во внутреннем ядре. На основе расчёта уравнения состояния Fe2S показано, что плотность внутреннего ядра достигается, если внутреннее ядро содержит 10,6—13,7 мол.% (6,4—8,4 мас.%) серы. Аналогичные расчёты для FeSi, единственного стабильного при этом давлении силицида железа, позволяют воспроизвести плотность внутреннего ядра Земли при 9,0—11,8 мол.% (4,8—6,3 мас.%) кремния. Обе оценки дают фактически одинаковую среднюю атомную массу $\bar M$ в диапазоне 52,6—53,3, что значительно выше величины $\bar M$ =49,3, выведенной для внутреннего ядра из закона Бёрча. В случае кислорода (учитывая, что в условиях ядра в равновесии с железом может существовать субоксид Fe2O) плотность внутреннего ядра можно объяснить содержанием 13,2—17,2 мол.% (4,2—5,6 мас.%) кислорода, что соответствует $\bar M$ в диапазоне 49,0—50,6. Мы определили четыре наиболее простые модели состава внутреннего ядра, воспроизводящие его плотность и $\bar M$: 1) 86 мол.% (Fe+Ni)+14 мол.% C; 2) 84 мол.% (Fe+Ni)+16 мол.% O; 3) 84 мол.% (Fe+Ni)+7 мол.% S+9 мол.% H; 4) 85 мол.% (Fe+Ni)+6 мол.% Si+9 мол.% H.

Текст pdf (764 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.03.038079
Ключевые слова: предсказание кристаллических структур, ab initio расчёты, эволюционные алгоритмы, физика минералов
PACS: 61.50.Ah, 61.50.Ks, 61.50.Nw, 61.66.Fn, 64.30.−t, 91.60.Fe (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.03.038079
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/10/d/
000419110600004
2-s2.0-85040925889
Цитата: Бажанова З Г, Ройзен В В, Оганов А Р "Поведение системы Fe—S при высоких давлениях и состав ядра Земли" УФН 187 1105–1113 (2017)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 6 февраля 2017, доработана: 21 февраля 2017, 2 марта 2017

English citation: Bazhanova Z G, Roizen V V, Oganov A R “High-pressure behavior of the Fe—S system and composition of the Earth's inner core” Phys. Usp. 60 1025–1032 (2017); DOI: 10.3367/UFNe.2017.03.038079

Список литературы (72) Статьи, ссылающиеся на эту (23) Похожие статьи (20) ↓

  1. Ю.Х. Векилов, О.М. Красильников, А.В. Луговской «Упругие свойства твёрдых тел при высоких давлениях» 185 1215–1224 (2015)
  2. В.Н. Жарков «Об оценке молекулярной вязкости внешнего ядра Земли (О статье Д.Е. Смайли, В.В. Бражкина и A. Палмера «Прямые наблюдения вязкости внешнего ядра Земли и экстраполяция измерений вязкости жидкого железа»)» 179 106–108 (2009)
  3. Д.Е. Смайли, В.В. Бражкин, А. Палмер «Прямые наблюдения вязкости внешнего ядра Земли и экстраполяция измерений вязкости жидкого железа» 179 91–105 (2009)
  4. Ю.Х. Векилов, О.М. Красильников и др. «Деформационные фазовые переходы в металлах при высоких давлениях» 184 967–973 (2014)
  5. Ю.Х. Векилов, О.М. Красильников «Структурные превращения в металлах при больших степенях сжатия» 179 883–886 (2009)
  6. С.Е. Куратов, Д.С. Шидловский и др. «Два масштаба квантовых эффектов в мезоскопической системе вырожденных электронов» 191 882–898 (2021)
  7. В.В. Бражкин, Р.Н. Волошин и др. «Фазовые равновесия в частично открытых системах под давлением: разложение стехиометрического оксида GeO2» 173 1359–1366 (2003)
  8. Б.М. Смирнов «Кластеры с плотной упаковкой» 162 (1) 119–138 (1992)
  9. В.Б. Приезжев «Задача о димерах и теорема Кирхгофа» 147 747–765 (1985)
  10. И.Д. Новиков «Антигравитация во Вселенной» 188 773–777 (2018)
  11. Г.С. Пайва, Дж.В. Феррейра и др. «Расчёт плотности энергии кремниевых светящихся шаров подобных шаровой молнии» 180 218–222 (2010)
  12. В.И. Альшиц, В.Н. Любимов «Обобщение приближения Леонтовича для электромагнитных полей на границе диэлектрик — металл» 179 865–871 (2009)
  13. Д.Е. Смайли, В.В. Бражкин, А. Палмер «Ответ на комментарий В.Н. Жаркова «Об оценке молекулярной вязкости внешнего ядра Земли»» 179 108–108 (2009)
  14. В.В. Бражкин «Метастабильные фазы, фазовые превращения и фазовые диаграммы в физике и химии» 176 745–750 (2006)
  15. А.И. Франк «О свойствах "потенциального" закона дисперсии нейтрона в преломляющей среде» 188 997–998 (2018)
  16. В.В. Бражкин «Почему статистическая механика "работает" в конденсированных средах?» 191 1107–1116 (2021)
  17. А.Н. Герега, Н.Г. Дрик, А.П. Угольников «Ковёр Серпинского с гибридной разветвлённостью: перколяционный переход, критические показатели, силовое поле» 182 555–557 (2012)
  18. Е.Г. Максимов, О.В. Долгов «О возможных механизмах высокотемпературной сверхпроводимости» 177 983–988 (2007)
  19. А.А. Логунов «Теория классического гравитационного поля» 165 187–203 (1995)
  20. Г.Т. Зацепин, Ю.А. Нечин, Г.Б. Христиансен «Использование магнитной индукции железа в физике космических лучей и физике высоких энергий» 153 521–524 (1987)

Список формируется автоматически.
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение