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《远古的低语：地球深部物质的形成与演化》 内容提要： 本书深入探讨了地球内部物质从形成之初到如今漫长演化历程中的关键物理化学过程。全书分为四个主要部分，层层递进，系统梳理了地幔的物质组成、相变行为、热力学性质以及在不同压力和温度条件下的动力学响应。我们侧重于高压和高温实验地球科学的最新进展，结合先进的计算模拟结果，重建了地幔对流的驱动机制和核心-地幔边界的复杂相互作用。 第一部分：行星的诞生与初始分异 本部分追溯了太阳系星子的吸积过程，重点分析了地球形成初期的热演化模型。我们详细阐述了铁镍熔体的沉降如何驱动地核的形成，以及硅酸盐熔体如何分异形成原始地幔。讨论了同位素地球化学的证据，以确定地球物质的初始成分和早期热历史。特别是，对早期地球岩浆洋的冷却速率及其对地幔矿物相结构的影响进行了深入剖析。我们引入了新的放射性同位素系统（如Hf-W体系）在地幔分异时间标定中的应用，并评估了早期地幔捕获的太阳系挥发性物质的命运。 第二部分：地幔矿物学的极端挑战 本章是本书的核心，聚焦于地幔深处极端环境下的物质状态。内容涵盖了从上地幔（过渡带）到下地幔（D''层）的矿物相转变序列。详细介绍了橄榄石、辉石在超高压下的晶体结构变化，例如尖晶石结构的分解和后尖晶石相的形成。利用金刚石对顶砧（DAC）和高温炉技术获取的实验数据，我们构建了精确的P-T相图，用以解释地震波速的横向变化。特别强调了富集在高压环境中的过渡金属氧化物（如镁铁酸盐）在地幔粘滞性和对流中的作用。此外，对地幔中水（氢）的溶解机制和存储容量进行了量化研究，探讨了水在深部物质循环中的关键角色。 第三部分：地幔动力学的热力学驱动力 本部分将矿物学知识与地球动力学模型相结合，探究地幔对流的物理基础。分析了岩石的流变学特性，包括扩散蠕变、位错蠕变以及晶界滑移在不同应力状态下的贡献。通过分析岩石实验得出的激活能和应力指数，我们建立了更具物理约束的地幔粘度模型，解释了板块构造驱动力与地幔物质返回流之间的耦合关系。重点讨论了温度梯度和组分异质性（如古老洋壳俯冲的残余物）对局部对流速率的影响。此外，对地幔柱的形成和上升过程中的非线性热力学效应进行了详尽的建模和讨论。 第四部分：核心-地幔边界的物质交换与场效应 最后一部分关注地球内部最不为人知、但对地磁场至关重要的区域——核心-地幔边界（CMB）。我们研究了俯冲板片在抵达此界面时的行为，例如它们是沉积、熔融还是穿透。通过对低速带（LLSVP）的物质组成和热结构进行反演，我们提出了关于地幔物质在CMB富集或亏损的多种地球化学假说。同时，讨论了液态外核与固态下地幔物质之间的热边界层（TBL）的形成与演化，分析了热交换如何影响外核的冷却速率，进而反馈至地磁发电机活动的长期稳定性。本书旨在为理解地球作为一个整体的热力学引擎提供一个扎实的、基于物理证据的框架。
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