为什么地球的外核没有溶解到地幔中?

Question

人们普遍认为，外核是由液态铁和镍组成的，和其他物质一样，它应该倾向于与周围环境达到化学平衡。

特别是，我预计它会通过与氧、硅酸盐和其他化合物的混合和化学反应与下地幔相互作用。这些相互作用会导致外核慢慢溶入地幔。

我也认为这种情况会发生尽管有密度梯度，无论如何，它在下面的关系不太大，因为重力加速度比表面小得多。

为什么这种溶解没有发生?为什么外核是稳定的?

作为一个额外的问题这一个:其他的一团铁水在地幔的任何地方都是稳定的吗?

Answer 1

评论如下:

事实上，在浏览了几节之后，他们似乎认为“液态金属从液态硅酸盐中迅速分离”，就像油和水一样，之后它们不会混合。很有趣。我想知道@Gimelist对此有什么看法。

你说得很对。

答案很简单:地核和地幔是不混溶的。地核不会溶解到地幔中因为它不能溶解在地幔中。

这正是我们有地核和地幔的原因。

我在这里的回答非常相关:https://worldbuilding.stackexchange.com/a/123951/39999

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让我们假设一个非常简单的地核和地幔组成:

核心由纯铁制成($ \ ce{菲}$)，地幔为法亚利岩($ \ ce {Fe2SiO4} $）.

这两者发生化学反应时会发生什么$\ce{Fe + Fe2SiO4}$？绝对没有。没有中间产物$ \ ce {Fe3SiO4} $．不存在。所以它们只是分开的铁和铁云母。因为铁的密度比法雅沸石大得多，所以铁停留在地核下面，而法雅沸石是它上面的地幔。

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编辑:

这是一篇最近的论文，描述了地球与它的邻居相比的整体氧化还原条件:

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15757-0

可能是相关的。

Answer 2

这是一个有趣的问题，可能有点误导。我不想直接回答你的问题，我想让你注意一些事情，这些事情可能会让你重新思考你的推理。

事实证明，你所认为的下地幔(固体相的组合:主要是桥锰矿+铁方石+其他一些东西)可能实际上并没有延伸到核幔边界(CMB)。

1942年，一位名叫基思·布伦的数学家和地球物理学家提出了一个方案，他将地球的层按字母顺序标记(地壳为a，内核为G)。在这个方案中，整个下地幔被指定为单层(D)。1950年，布伦决定将D层分开——顶部~1800公里为D'，底部~ 200公里为D'。D”层与复杂的地震不连续有关，地球物理学家对如何解释这种不连续还没有完全达成一致。然而，人们普遍认为，D”的地震信号不能简单地假设它是下地幔对CMB的延伸。

我更喜欢的解释是D”代表一个包括部分熔化的热化学边界层。可以找到更深入的解释在这里．

关于你提到的铁块的问题…纯液态铁不太可能在地幔的任何地方具有中性浮力。如果你对铁的密度如何随深度(即压力)变化的更专业的解释感兴趣，你可能想看看有限应变状态方程。Birch-Murnaghan状态方程是一个很好的开始。