Thermal Properties of Liquid Iron at Conditions of Planetary Cores
Thermal Properties of Liquid Iron at Conditions of Planetary Cores
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行星核心条件下液态铁的热性质
DOI：
10.1029/2021je007015
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Li Q
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li Q
铁在高压(P)和高温(T)下的热性能对于确定行星核心的内部结构和演化是必不可少的。与固态铁相比，液态铁的研究较少，现有的结果存在很大差异，阻碍了对行星核心的正确理解。在这里，我们使用正式的精确热力学积分方法来计算铁液在3.0 TPa和25000 K下的热性能。与理论相关的不确定性通过引入基于实验数据的aT无关的压力位移来补偿。所得的热状态方程与金刚石砧细胞（DAC）的p‐range测量数据吻合良好。在高erp‐Tit匹配减少的冲击波数据，但偏离相当大的外推DAC测量，表明后者可能需要进一步的检查。此外，计算的热容和热膨胀率大大低于最近的一些报道，这对理解行星核心的热演化具有重要意义。以开普勒- 36b为原型，我们研究了完全熔融的核心如何影响大质量系外行星的p - t剖面。通过比较铁熔化线的熔融斜率和绝热斜率，我们提出大质量行星内核的结晶是自下而上而不是自上而下进行的。
Thermal properties of iron at high pressures (P) and temperatures (T) are essential for determining the internal structure and evolution of planetary cores. Compared to its solid counterpart, the liquid phase of iron is less studied and existing results exhibit large discrepancies, hindering a proper understanding of planetary cores. Here we use the formally exact thermodynamic integration approach to calculate thermal properties of liquid iron up to 3.0 TPa and 25000 K. Uncertainties associated with theory are compensated by introducing aT‐independent pressure shift based on experimental data. The resulting thermal equation of state agrees well with the diamond anvil cell (DAC) data in theP‐Trange of measurements. At higherP‐Tit matches the reduced shock wave data yet deviates considerably from the extrapolations of DAC measurements, indicating the latter may require further examinations. Moreover, the calculated heat capacity and thermal expansivity are substantially lower than some recent reports, which have important ramifications for understanding thermal evolutions of planetary cores. Using Kepler‐36b as a prototype, we examine how a completely molten core may affect theP‐Tprofiles of massive exoplanets. By comparing the melting slope and the adiabatic slope along the iron melting line, we propose that crystallization of the cores of massive planets proceeds from the bottom‐up rather than the top‐down.
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DOI：
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发表时间：
1971
期刊：
影响因子：
--
作者：
G. Higgins;G. Kennedy
通讯作者：
G. Kennedy
DOI：
10.1029/2020je006724
发表时间：
2020-10
期刊：
Journal of Geophysical Research: Planets
影响因子：
--
作者：
I. Bonati;M. Lasbleis;L. Noack
通讯作者：
I. Bonati;M. Lasbleis;L. Noack
03 地核的形成
DOI：
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发表时间：
--
期刊：
影响因子：
--
作者：
T. Kee;D. E. Bryant;B. Herschy;Katie E. R. Marriott;N. E. Cosgrove;M. Pasek;Z. Atlas;C. Cousins
通讯作者：
C. Cousins
融化在超级地球中
DOI：
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发表时间：
2014
期刊：
Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
影响因子：
--
作者：
L. Stixrude
通讯作者：
L. Stixrude
可能的岩石系外行星的压力和温度极限
DOI：
10.1029/2018je005844
发表时间：
2019
期刊：
Journal of Geophysical Research: Planets
影响因子：
--
作者：
Unterborn, C.T.;Panero, W.R.
通讯作者：
Panero, W.R.