直至核幔边界的Mg2SiO4成分熔体剪切粘滞度的平衡分子动力学研究

熔体的粘滞度极大地影响熔体的各处动力学行为。虽然有一些有关酸碱生熔体粘滞度的数据但涉及地球更深部过程的基性和超基性熔体的粘滞度的数据很少。本项研究利用平衡分子动力学方法Ｍｇ２ＳｉＯ４成分熔体从２１６９Ｋ到５５９５Ｋ。压力从１０＾５Ｐａ到１３５ＧＰａ的粘滞度,所获得的粘滞度数据介于Ｕｒｂａｉｎｅｔ ａｌ,（１９８２）和Ｉｖａｎｏｖ ａｎｄ Ｓｔｅｎｇｅｌｍｅｙｅｒ（１９８２）的实验数据之间,比Ｓｈａ     

地球内核与地球深部动力学

地球内核由外核富含铁元素的液态物质结晶而成。经证实,内核正以约１（°）／ａ的速率相对于地幔向东转动。内核的旋转是通过穿过内核的地震波的走时随时间变化推测得到的。这种变化是最近十多年来揭示出的内核各向异性在空间方位的改变所造成。内核的各向异性被认为起因于各向异性的铁晶体的有序排列,但这种有序排列的机制还不清楚。内核在地球发电机中起着重要的作用。利用大型的并行计算机,人们已得到能产生像地磁场一样的三维发电机数值模拟。地震学观测到的内核差速旋转为最近的发电机数值模拟提供了支持。这种数值模拟曾预测：导体内核与外核产生的磁场的电磁耦合驱动了内核每年几度向东旋转。地核通过核幔边界的接触及内核与地幔的引力耦合与地幔存在强烈的相互作用。多学科领域的突破为认识地球的深部动力过程提供了极好的机会和手段。     

山东省第四纪玄武岩中幔源包体的变形特征及其上地幔流变学意义

山东省民玄武岩中含有数量，大小不等的幔源包体。这些包体主要为尖晶石二辉橄榄岩，以原生粒状和残斑结构为特征。包体中橄榄石的位错亚构造反映了上地幔高温蠕变机制。包体的平衡在８００－１０００℃之间，压力为０．８－２．０ＧＰａ，相应的来源深度为２８－６５ｋｍ。在该深度范围内，上地幔的流动应力为１３－２６ＭＰａ，应变速度为１０＾－１４－１０＾０２０Ｓ＾－１，等效粘滞度为１０＾２０－１０＾２５Ｐａ．ｓ，符合大     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生的内核快速旋转的主要原因，科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂称；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生在规模的水平运动－－圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１。对于一个内核差异旋转的地球，太阳射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期     

地球节律的成因

地球节律主要受地球内部能量间歇性的释放所控制。旋转系统有不同于非旋转系统的位能、热能和旋转能的相互转换方式。在重力分异和热对流过程中，地核不仅有巨量热能，而且有巨量的旋转能和放射性蜕变能。这是地球能量释放的内因。天文因素使地球内核周期性地南北振动，使地球轨道、体积，形状、自转速度、公转速度和差异旋转状态周期性地变化。这是地球能量间歇性释放的外因。对作差异旋转的内核而言，万有引力常数Ｇ的变化可以改变太阳辐射量和太阳系体积，影响核幔的角动量交换和地壳地幔容积，造成热幔柱的形成与喷发，控制了核幔边界的能量交换过程。这是天文周期与地质旋回一一对应的原因，也是地球节律产生的根本原因。这使人们可以从天文周期预测地质变动。     

气候变化的“地心说”——关于短期气候预测的新思维

通过对短期气候观测研究历史的回顾，提出了建立以“地圈”（包括地壳、地幔、地核）为主体的地气耦合模式，用来作为预测短期气候变化的方法。地球系统各子系统中，地圈的质量是水圈的１０＾３倍，是气圈的１０＾６倍，是生物圈的１０＾８倍。亦即整个地球系统中９９％以上的质量集中在地圈中。“地圈”（特别是岩石圈）存在着各种时间尺度的变化，所有这些变化必然影响到大气圈。对大气中≤１０＾－２年的波动，大气圈本身的能耗水     

地球的初始状态

地学中一个很重要的问题就是地球形成时的初始物、化状态如何？因为地球的初始状态对该行星未来的演化过程有着深远的影响。本文对运动认为的地球是从冷却状态中开始增生，然后由于内部放射性衰变产生的热量使之被加热。最终形成铁核和硅酸盐地幔的看法提出了质疑。但近来，科学家提出了行星增生的定量物理模型，认为类地行星是在质量为１０＾２４－１０＾２６ｇ的天体发生凝集作用过程中开始增生的。     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

一个改进的地球圈层差异旋转模型

地球自转速度在长期的减慢,而内核自转 又较其外部的地球部分转动快,这是由日 、月对地球的潮汐摩擦引起的同一动力学背景下导致的相关现象。通过能量守衡的定量分析 ,得出地球潮汐耗散能的11% 即可导致内核自转较其外部的地球部分自转快的结论。通过推 理比较和定量分析,提出了岩石圈层、主地幔圈层与内核三个圈层的差异旋转模型：岩石圈 自转速度<主地慢自转速度<内核自转速度。它可能是导致大陆向西飘移-板块构造及地磁产 生的重要机制之一。     

银河旋臂,地核环流与地球大冰期

地球在其约４６亿年的生命史中，多次出现大冰期，关于其形成原因是地球科学研究的热门课题。促使地球系统演化的的主要来自哪一圈层？气体具有最大的激活能，但大气圈中地球总质量的１０＾－６，它不可能是主要圈层，固态的激活能最低，下地幔和地内核亦不大可能在地球系统演化中扮演主要角色。地球外核液态，具有较高的激活能，它约占现代地球系统总质量的３０％，故可认为它是地球系统演化的主要活动圈层。作为旋转地球上的流体，     

地球的历史:核-幔磨理论

论述了一个旨在统一板块构造学说和地幔柱学说的地球动力学理论。尽管这个理论基于两个不寻常的假设,它也许揭示了一个系统的地球演化动力学模型。该理论认为：地球的内核是—磁铁,内核的铁磁性已被观察到的地震波速度各向异性所证实。因为由地球和类木行星之间的磁相互作用所引起的扭力矩始终作用于地球的内核,内核象一个旋转发动机,每时每刻趋于改变地球的自转速度和自转轴位置,而地幔的惯性试图阻止地球自转的变化。这两者之间的相互作用导致了流体外核的形成、玄武岩浆的产生、洋壳的形成、以及内核和地幔之间的差异旋转运动。由于核-幔差异旋转运动,位于核-幔边界的岩石被逐步研磨成玄武岩岩浆。洋中脊系统被解释成巨大的岩墙系统,生根于核-幔边界层中某些主岩浆房。该理论认为：全球构造运动的驱动力来自外部空间,无论是洋壳或陆壳中的构造运动均是地球表面的扩散现象,它受地球的背景辐射和地壳中的物质分布两方面因素影响。其中地球两极方向的差异背景辐射决定了洋中脊系统在地球表面的分布样式和全球构造运动模式。目前,地球遭受着较强的向南极之上的背景辐射和相对较弱的向北极之上的背景辐射。由这种极向的差异背景辐射所引起的吹力驱动着大陆朝北漂移,并导致了地球的梨状形态、以及张性变形发育于南半球和压性变形发育于北半球。这种不对称的地球变形产生了当前颇具特征的洋中脊分布样式(因为洋中脊作为扩张中心始终是沿着垂直于最小应力方向发育),并因此决定了现在的海底扩张方式。整个地球历史可分：第一阶段(27亿年之前)以没有洋壳为特征;第二阶段(自27亿年至22．5亿年)以形成洋壳为特征;第三阶段(22．5亿年之后)以陆壳生长为特征。     

外核液态铁粘滞度的分子动力学研究

地球外核液态铁的不断流动造成了地球磁场 ,决定这一流动的基本性质之一是剪切粘滞度。研究外核液态铁的剪切粘滞度对认识地球磁场的运转机制具有非常重要的意义。地震波和大地测量研究表明地球内部除了剪切衰减外 ,还具有体积衰减。研究外核液态铁的体粘滞度对认识地球内部非弹性性质具有重要意义。由于外核所处的温度和压力状态 ,目前还无法从实验的角度对外核的粘滞度进行测量 ,因此必须采用实际观测和理论模拟计算相结合的方法。在考察了地球外核的主要成分和所处的温压状态后 ,简要介绍了研究外核的一种有效的理论方法———分子动力学。在此基础上 ,重点评述了国际上对外核液态铁剪切粘滞度和体粘滞度的研究现状。在剪切粘滞度方面 ,理论计算值位于实际地球观测值区间的下限。在体粘滞度方面 ,理论计算与实际地球观测之间均存在巨大的差别。这一巨大差异的解决将加深人们对地球内部非弹性性质的认识。     

超级地幔树对全球构造的控制作用

全球横波低速异常体成像发现: Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱彷佛植根于地球外核顶部、生长在核幔边界(core mantle boundary, CMB)上的两株榕树,我们将其命名为超级地幔树(super mantle tree),以突出Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱连接地核与地壳的纽带特征,强调它们在地球演化过程中对全球构造的作用。地幔柱仅是超级地幔树的局部分支。我们定义超级地幔树为4层结构：① 植根于地球外核顶部;② 1600~2890 km为“树干”; ③ 110~1600 km为“树冠”;④ 110 km以上为“树枝”。“树枝”平面分布形态与全球板块轮廓大致相似,意味着板块构造可能起始于地球110 km处。推测地球深度1550~1600 km之间可能存在一个地球化学过渡层;Jason超级地幔树与Tuzo超级地幔树之间可能存在地球化学分隔面(简称地幔分隔面),地幔分隔面将地球划分为太平洋半球与大西洋半球;它的地面投影北端大致指向地磁北极,南端基本指向地磁南极。外核顶部脉动作用可能是地幔运动的动因,地核运动控制地幔运动。Tuzo超级地幔树逆时针旋转控制大西洋半球旋转形态,Tuzo超级地幔树的“细树干”伸向南大西洋, Tuzo超级地幔树“粗树干”伸向北大西洋,使得中大西洋脊减薄。Jason超级地幔树顺时针旋转控制太平洋半球旋转形态以及环太平洋地区地貌构造形态。青藏高原及邻区地质地球物理三维构造模型说明：向北运动的Tuzo超级地幔树“树枝”与向西运动的Jason超级地幔树“树枝”共同作用,形成青藏高原东构造结。     

冰川均衡调整重力与径向位移近似关系的不确定性

根据不同地幔粘滞度的冰川均衡调整(glacial isostatic adjustment, GIA)模型, 研究了地球内部各个圈层对GIA粘性重力扰动速率的贡献, 检验了粘性重力扰动速率与径向位移速率的近似关系及其是否独立于地幔粘滞度, 同时利用绝对重力和GPS(global positioning system)径向位移数据从实测角度对Wahr的近似关系进行比较和验证.结果表明: 岩石圈对GIA重力扰动速率和大地水准面异常速率的贡献都超过了86%, 而岩石圈以下5个圈层的总贡献不大于14%;利用近似关系, 由重力信号转换的径向位移速率与有限元模拟的结果相对差异大约为15%, 且相对差异的大小不依赖于地幔粘滞度的变化; 根据北美绝对重力和GPS径向位移数据得到实测的粘性重力-径向位移比值为0.141±0.014 μGal/mm, 与Wahr的理论值(0.154 μGal/mm)非常接近, 相对差异仅为9.2%.因此, 定量给出了粘性重力-径向位移近似关系的不确定性为9.2%~15.0%, 为利用此近似关系分离GIA和现今地表质量变化粘弹信号的不确定性估计提供了重要参考.      

富集地幔^40Ar／^36Ar比率的再评价

地幔的＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率含有重要的有关地球早期脱气程度的信息。许多研究者认为在亏损地幔，比如通过大洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）采集的样品中＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率高达２８０００。然而，富集地幔中的＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率存在着激烈的争论。我们使用＾４Ｈｅ／＾４０Ａｒ－＾３６Ａｒ／＾４０Ａｒ和＾４Ｈｅ／＾４０Ａｒ－＾３Ｈｅ／＾４０Ａｒ图重新考察了ＭＯＲＢ和热点火山中Ｈｅ、Ａｒ惰性气体数据。在     

湖南万古金矿床地幔流体成矿的氦同位素证据

从湖南万古金矿区采集４件石英样品进行了氦同位素测定，获得了＾３Ｈｅ／＾４Ｈｅ值２３１×１０＾－６－１４６０×１０＾－６的数据，该数据反映了在万古金矿床形成时富＾３Ｈｅ流体与成矿作用。而这种富＾３Ｈｅ流体可能是受构造活动影响，由地幔岩石减压部分脱气造成动力学分馏而形成。     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展,诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义.在重力分异过程中,随着地球质量不断向地心集中,地球自转动能也不断向地核集中,从而产生圈层分化和差异旋转.地核相对地壳、地幔高速旋转,具有巨大动能,旋转阻力不断将其转化为热能,在核幔边界聚积起来,为液核对流和热幔柱提供足够的能量.核幔边界是产生热幔柱的位置.阐明了地幔柱构造与板块构造的关系.地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制,对了解地球深部动力学机制有重大意义.     

地幔柱假说及地质意义

文章介绍了地幔柱理论研究的一系列进展，诸如地幔柱特征、动力学模式及其地质意义。在重力分异过程中，随着地球质量不断向地心集中，地球自转动能也不断向地核集中，从而产生圈层分化和差异旋转。地核相对地壳、地幔高速旋转，具有巨大动能，旋转阻力不断将其转化为热能，在核幔边界聚积起来，为液核对流和热幔柱提供足够的能量。核幔边界是产生热幔柱的位置。阐明了地幔柱构造与板块构造的关系。地幔柱理论涉及地幔深部物质垂直运动的机制，对了解地球深部动力学机制有重大意义。     

核幔边界动力学——地球自转十年尺度波动

总结了地球核幔边界动力学有关研究的新进展,如核幔边界的特性、核幔边界的地形起伏、核幔边界附近地幔对流格局和地球外核顶部的流场等。从地核—地幔之间的耦合出发,讨论了地球自转十年尺度的波动问题,简述了核幔之间电磁耦合、粘滞耦合和地形耦合对十年尺度波动影响的基本理论。提出在该项研究中应以综合分析为基础,开展多学科的联合、交叉研究的途径以深化对地球自转十年尺度波动机理的认识。     

长英质麻粒岩流变性质的实验研究

在温度为６５０￣９００℃、围压为１１００ＭＰａ和应变率为１０＾－４￣１０＾－７ｓ＾－１的条件下，对大陆下地壳组成中的一类重要岩石－长英质麻粒岩进行了流变实验。稳态流动力学参数符合幂函数流动律ε＝Ａ ｅｘｐ（Ｑｃ／ＲＴ）Δσ＾ｎ，其中Ａ＝０．２７ＭＰａ＾－３ｓ＾－１，Ｑｃ＝２２８ｋＪ／ｍｏｌ，ｎ＝３．０。该文将其外推到大陆下地壳变形环境下，讨论了下地壳的强度特征。