Primordial Helium‐3 Exchange Between Earth's Core and Mantle
Primordial Helium‐3 Exchange Between Earth's Core and Mantle
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原始氦 — 3 地核和地幔之间的交换
DOI：
10.1029/2021gc009985
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Sharp, Zachary D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Olson, Peter L.;Sharp, Zachary D.
众所周知，太阳星云的挥发物存在于地球深部地幔中。核心还可能含有来自太阳星云的挥发物，但数量不详。在这里，我们使用挥发性吸气和脱气的计算来估计现在核心中的原始3He的丰度，并追踪地球历史上核心和地幔之间的3He交换速率。我们应用包括硅酸盐岩浆海洋和与太阳组成的星云大气耦合的富铁原核的吞噬模型来计算地幔和核在吸积和核形成过程中获得的3He的量。利用实验确定的成核金属和硅酸盐岩浆之间的分配，我们发现从星云大气中的溶解将一个或多个3He沉积到原核中。在吸积之后，3He交换依赖于核幔耦合系统的对流历史。我们结合了现今地表3He通量的测定和现代地幔3He丰度、地幔和地核热通量的估计，以及我们在对流脱气模式中获得的3He丰度。根据这个模型，地幔3He丰度正在向统计稳定状态演化，在这种状态下，地表损失通过来自核心的丰度来补偿。
Volatiles from the solar nebula are known to be present in Earth's deep mantle. The core also may contain solar nebula‐derived volatiles, but in unknown amounts. Here we use calculations of volatile ingassing and degassing to estimate the abundance of primordial3He now in the core and track the rate of3He exchange between the core and mantle through Earth history. We apply an ingassing model that includes a silicate magma ocean and an iron‐rich proto‐core coupled to a nebular atmosphere of solar composition to calculate the amounts of3He acquired by the mantle and core during accretion and core formation. Using experimentally determined partitioning between core‐forming metals and silicate magma, we find that dissolution from the nebular atmosphere deposits one or more petagrams of3He into the proto‐core. Following accretion,3He exchange depends on the convective history of the coupled core‐mantle system. We combine determinations of the present‐day surface3He flux with estimates of the present‐day mantle3He abundance, mantle and core heat fluxes, and our ingassed3He abundances in a convective degassing model. According to this model, the mantle3He abundance is evolving toward a statistical steady state, in which surface losses are compensated by enrichments from the core.
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