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火星核上方富含熔融硅酸盐层的地球物理证据。

Geophysical evidence for an enriched molten silicate layer above Mars's core.

机构信息

Université Paris Cité, Institut de physique du globe de Paris, CNRS, Paris, France.

Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace ISAE-SUPAERO, Toulouse, France.

出版信息

Nature. 2023 Oct;622(7984):712-717. doi: 10.1038/s41586-023-06601-8. Epub 2023 Oct 25.

DOI:10.1038/s41586-023-06601-8
PMID:37880437
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10600000/
Abstract

The detection of deep reflected S waves on Mars inferred a core size of 1,830 ± 40 km (ref. ), requiring light-element contents that are incompatible with experimental petrological constraints. This estimate assumes a compositionally homogeneous Martian mantle, at odds with recent measurements of anomalously slow propagating P waves diffracted along the core-mantle boundary. An alternative hypothesis is that Mars's mantle is heterogeneous as a consequence of an early magma ocean that solidified to form a basal layer enriched in iron and heat-producing elements. Such enrichment results in the formation of a molten silicate layer above the core, overlain by a partially molten layer. Here we show that this structure is compatible with all geophysical data, notably (1) deep reflected and diffracted mantle seismic phases, (2) weak shear attenuation at seismic frequency and (3) Mars's dissipative nature at Phobos tides. The core size in this scenario is 1,650 ± 20 km, implying a density of 6.5 g cm, 5-8% larger than previous seismic estimates, and can be explained by fewer, and less abundant, alloying light elements than previously required, in amounts compatible with experimental and cosmochemical constraints. Finally, the layered mantle structure requires external sources to generate the magnetic signatures recorded in Mars's crust.

摘要

火星上探测到的深部反射 S 波推断出其核心大小为 1830±40km(参考文献),这需要轻元素的含量,而这些含量与实验岩石学的限制相矛盾。这个估计假设火星地幔的成分是均匀的,这与最近对核心-地幔边界沿其传播的异常缓慢的 P 波的衍射的测量结果不一致。另一种假设是,由于早期的岩浆海洋凝固形成富含铁和产热元素的底层,火星的地幔是不均匀的。这种富集导致在核心上方形成一个熔融的硅酸盐层,上面覆盖着部分熔融的层。在这里,我们表明这种结构与所有地球物理数据都是兼容的,特别是(1)深部反射和折射的地幔地震相,(2)地震频率下的弱剪切衰减,以及(3)火星在火卫一潮汐作用下的耗散性质。在这种情况下,核心的大小为 1650±20km,这意味着密度为 6.5g/cm³,比以前的地震估计值大 5-8%,可以通过较少的、较少的轻元素合金来解释,其含量与实验和宇宙化学的限制是兼容的。最后,分层地幔结构需要外部源来产生火星地壳中记录的磁特征。

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