Свойства теплопереноса в самом нижнем слое мантии Земли

Ученые из Университета Эхиме с помощью квантово-механического компьютерного моделирования определили решеточную теплопроводность фаз MgSiO₃ бриджманита и постперовскита (PPv) в условиях самой глубокой мантии Земли. Исследователи обнаружили существенное увеличение проводимости, связанное с фазовым переходом. Это указывает на то, что граница фазы постперовскита является границей не только минералогии, но и теплопроводности. Также было установлено, что влияние анизотропии на проводимость PPv в свойствах теплопереноса в нижней манте незначительно.

Теплоперенос в недрах Земли контролирует её тепловую эволюцию. Определение теплопроводности нижней мантии — одна из ключевых задач для лучшего понимания глубинных процессов, таких как характер мантийной конвекции, эволюция магнитного поля и рост внутреннего ядра. Однако из-за сложности воспроизведения условий высоких давлений и температур в лабораторных экспериментах этот параметр изучен плохо. В новом исследовании ученые определили теплопроводность MgSiO₃ постперовскита, самого распространенного минерала в основании мантии, который образуется из MgSiO₃ бриджманита, в условиях низов мантии на основе квантово-механических расчетов без эмпирических параметров.

Был обнаружен скачок теплопроводности, связанный с фазовым переходом, что указывает на границу теплопроводности на границе фазы постперовскита. Этот фазовый переход создает большую латеральную вариацию теплового потока через границу ядро-мантия (CMB). Также было установлено, что влияние анизотропии кристаллов постперовскита на тепловой поток через CMB незначительно. Это может объяснить, как формируется сейсмическая анизотропия, наблюдаемая в основании мантии.