物理学家发现新的地幔层

位于地球表面650km与2800km之间的低层地幔占有一半以上的地球体积，主要由含有氧、镁和硅的化合物组成．约5％是蕴含在铁方镁石和钙钛硅酸盐等化合物中的铁．     

地球的层圈结构、力学性质和地幔矿物的高压相变

简要介绍了目前被广泛采用的地球内部的分层结构，并说明了板块构造体系中岩石圈和软流层所对应的分层方法，以及各层圈的主要物质成分组成．较系统地介绍了地幔矿物的高压相变实验结果和地幔的矿物组成．结合高温高压下矿物的流变实验，讨论了岩石圈、上地幔、过渡带和下地幔的变形机制和流变学性质。     

同步辐射光源在地球深部矿物研究中的应用

来自地球深部的矿物可能记录了地球形成和早期演化的历史，探索地球深部物质组成和它们形成的物理化学环境是一个十分前沿的科学问题．同步辐射X射线能量色散法对于解决微细矿物及包裹体矿物的晶体结构具有巨大的优势和潜力．在美国纽约长岛布鲁克海文国家实验室，利用同步辐射光源（Beamline X17C）和能量色散X射线衍射方法，开展了西藏铬铁矿中地幔深部矿物及中国大陆科学钻探钻孔岩心样品中地幔异常矿物的晶体结构分析，发现了一批新矿物种属和特殊的晶体结构，来自大陆科学钻探岩心样品的铁磷矿和西藏金刚石是两个例证．     

谜一般的地球内核

如果我们作一次从地表向地心的旅行,首先要穿越地壳与地幔岩石圈层。走过近一半路程(约2900 km),就会碰到液态外地核。继续向下,地核由液态过渡到固态,这就是内地核(图1)。虽然内核温度与太阳表面温度差不多,但是,这里的压力很高,故而介质呈固态。
　　地球内核体积不到地球的1%,但是,它在地球内部动力学过程中所起的作用之大令人惊讶。随着地球的冷却,紧邻内核的外核流体逐渐凝固,使内核半径每年增大1 mm。在凝固过程中,液态铁中的潜热释放,杂质析出,在外核中引起浮力流动,它们搅动着外核流体,产生了地磁场。据估计,产生磁场所需的能量有一半以上来自内核增长。     

超高压研究与地球科学

引 言 地球和星体内部具有很高的压力和温度.空间科学的发展获得了木星、金星、火星及月球的大量资料,表明这些行星内部是超高压世界.木星的中心压力为140兆巴。温度为30000K.土星的中心压力和木星相近.地球的中心压力估计为3.89兆巴,温度约为5000K.水星、火星和金星都分异出幔和核.水星和火星还具有金属核.空间探测获得了地球外空场存在有磁层和地冕,这些都是研究地球演化的重要资料. 对地球整体来讲,它应当包括磁层、电离层、大气层、水圈及固体地球——地壳、地幔和地核.组成地球的物质有气态、液态和固态,还有等离子体——第四态以及超…     

地球中微子——把脉地球内部热量

 地球内部包含有巨大的热量,这些热量简称地球内热,它是驱动板块构造、地幔对流和地球自激发电机的动力,是推动整个地球发生发展和演化的原动力。在45亿~47亿年前的地球形成早期,地热促成了核、幔、壳的分异,使地球从一个太空中未曾分异的"混沌体"演变成现今所看到的多圈层的地球;在现今,地热驱动着诸如构造运动、岩浆活动、火山作用等一切内力作用,使地球发生着翻天覆地的变化。     

顽火辉石的高温高压同步辐射研究

 采用同步辐射能量色散X射线衍射技术、激光加热技术和金刚石对顶砧（DAC）高压装置,在温度为2 000 K和压力为23 GPa的范围内,对采自地幔二辉橄榄岩中的顽火斜方辉石,进行了原位的高温高压能量色散X射线衍射（EDXRD）测量。实验结果表明：当压力为15.3 GPa、温度为1 600 K时（相当于地球内部410 km处的地震波不连续界面的温压环境）,顽火斜方辉石转变为橄榄石的β相——瓦兹利石（Wadsleyite）相;继续加温加压至2 000 K、23 GPa时（相当于地球内部670 km处的地震波不连续界面的温压环境）,顽火斜方辉石相变为钛铁矿（Ilmenite）结构和钙钛矿（Perovskite）结构的混和相。实验结果进一步证明,在地幔中存在的两个地震波不连续界面是由橄榄石、顽火斜方辉石等矿物的相变引起的。     

核分子：自然界中最小的哑铃

间距小于纳米量级的一个氧分子是一个小型的哑铃，它是利用两个绕着核飞行的电子的作用键合成的一个分子结构．最近由英国的Birmingham大学、比利时的Catholique de Louvain大学和Leuven大学、法国的de Caen大学以及克罗地亚的Rudjer Boskovic研究所共同组成的国际联合研究组的科学家们成功地制作了一个更小的核分子哑铃．这是一个由两个α粒子利用两个绕动飞行的中子构成的一个核分子结构——铍-10核分子，它呈现为一个哑铃结构，结构的间距只有几个飞米．     

A^208Pb的超子分布半径和中子星结构

从相对论平均场理论出发，考虑核子、超子和介子自由度，研究了A^208Pb的超子分布半径与中子星的性质以及它们之间的关系。计算发现当超子的耦合常数比值由0．3增大到1时，对NLSH和NL3参数组，超核的超子分布半径分别由3．905和3．849fm增大到4．346和4．230fm，而中子星的最大质量分别由1．516和1．429M增大到2．776和2．744M，质量为1．4M的中子星半径分别由13．13和12．79km增大到13．24和13．29km。即中子星的最大质量和半径随超子分布半径增大而增加。这样只要从实验上确定A^208Pb的超子分布半径，就可以得到中子星结构的信息。     

第23届亚洲物理奥林匹克竞赛(APHO)理论问题1:国际空间站(ISS)轨道衰减动力学【10.0分】

<正>简介国际空间站目前保持在接近圆形的轨道上，最低平均高度为370 km，最高平均高度为460 km，轨道处于热层的中心，相对于赤道的倾角为θ=51.6°．空间站的轨道类似于螺旋形，即空间站到地球表面的距离是缓慢变化的，在一个螺旋周期中，这种高度的变化是可以忽略的．     

用油膜法估测分子的大小实验技巧

据美国国家地理网站报道，最新研究结果表明，由于地核磁场变化，地球北端磁极正以每年64km的速度向俄罗斯方向移动．     

高压下石榴子石结构和弹性的第一性原理研究

石榴子石是上地幔和地幔转换带的重要成分,掌握其高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成、结构以及动力学过程具有重要意义。为此,利用第一性原理计算了0～16 GPa压力下铝系列和钙系列常见的6种榴石(镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石、钙铝榴石和钙铁榴石)的晶体结构和弹性性质。结果表明:铝系列榴石的晶胞体积小于钙系列榴石;除镁铝榴石外,铝系列榴石的密度高于钙系列榴石。在石榴子石压缩过程中,多面体体积变化率由大到小依次为[XO_8]十二面体、[YO_6]八面体、[SiO_4]四面体,且变化率之比接近3∶2∶1,表明石榴子石的压缩机制主要受其结构中的十二面体控制。键角方差的变化表明:高压可以使钙系列榴石的四面体和八面体变得更加规则;而铝系列榴石则与其不同,高压下铝系列榴石的四面体变得更加不规则。研究发现:石榴子石的体弹模量随着铁铝榴石含量的增加而增大,随着钙铬榴石和钙铝榴石含量的增加而减小;而剪切模量则随着钙铝榴石含量的增加而增大,随着铁铝榴石和钙铬榴石含量的增加而减小。除镁铝榴石外,铝系列榴石的波速整体小于钙系列榴石。通过计算结果发现,石榴子石及其固溶体的波速在410 km附近与地球典型波速模型有交点,证明了石榴子石是地幔中的重要组分,且不同组成的石榴子石及固溶体的存在可能对地球地幔的波速结构产生重要影响。     

卫星发射情况的数理分析

在地球表面发射一颗卫星,若发射速度v〈7．9km／s,则卫星会落回地面;若发射速度v=7．9km／s,卫星恰好能绕地球做匀速圆周运动,即轨道为圆;     

物理奥林匹克竞赛题

有一个卫星在地球赤道平面内沿近似的圆周轨道绕地球转动．卫星由一个无质量的中心物体(P点)和d个质量为m的外围小物体B组成，B由长度为r的不能伸长的细金属线和P联接在一起。P和口全部都和赤道平面共面，并且在赤道平面内旋转。     

氮－14远程核四极共振谱仪

为了满足检测与探头有一定距离的含氮化合物的核四极共振信号，本文研制了一台结构简单，造价低廉的核四极共振操测仪．它利用了脉冲付里叶变换技术，可将获得的核自由感应衰减信号或者回波信号进行相干累加．整个系统分硬件和软件两大部分．前者由射频脉冲放大器（约５００Ｗ脉冲输出功率），探头，接收机，ＭＣＳ－９６型单片机和ＰＣ机构成．后者由单片机上的脉冲序列程序与ＰＣ机上的数值信号处理程序组成．利用这台谱仪，可以在几十秒时间内得到距离探头线圈１０ｃｍ内的典型￣（１４）Ｎ样品的核四极共振谱．     

月球模型受到质疑

一个国际研究组宣称,几乎所有组成月球的物质都来源于早期的地球．这一发现与月球是由“忒伊亚”（一个像火星那样大小的物体）与早期地球碰撞而形成的天体模型相矛盾．这一模型认为,40％的月球物质来源于忒伊亚．     

对安第斯山脉形成的探索

地球上所有的地壳活动都是由地壳上“潜没地带”所引起的，所谓“潜没地带”是指一个板块受力可下降到地幔内另一个板块之下的地区．最近，澳大利亚国立大学的地球物理学家W．Schellart教授领导的一个研究组开展了对真正意义上的三维潜没地带随时间运动的计算机模拟研究．他们收集从动力学、地震和化学中得到的大量现代数据采用流体力学和固体力学的方程将它外推到4千万年以前，再建立一定的模型对地壳板块间的运动进行计算．他们发现板块间的侧向距离可影响潜没地带的运动和形状，主要表现在两个方面，一是两板块相遇时地沟的曲率，另一个是潜没地带在碰到侵蚀时的变化趋势．当两板块的侧距处于300-1200公里的范围时，地沟边界处的曲率呈凹形，且侵蚀风化得很快．若两板块间的侧距大于4000公里时，地沟边界处的曲率是凸形，且侵蚀风化很慢．计算还表明，潜没地带的中心处在五百万年到一千万年间是在不断地升高的．在地球上具有这种特征的地区是南美玻利维亚附近的Nazca板块的运动．W．Schellart教授研究组的模拟计算发现，南美地区受到很强的压力，促使南美板块向西发生运动．这可能就是在2亿年前开始的安第斯山脉形成的原因．     

相对论重离子对撞机（RHIC）开始铜-铜对撞

美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)已经开始进行铜离子束流之间的对撞．RHIC由周长为4km的双环构成，其主要使命是产生重离子之间(特别是有金核参与)的对撞．从能量密度上看，用中等尺寸的铜原子核进行对撞虽然比不上先前进行的金核之间的对撞，但是却远高于金离子和更轻的氘之间的对撞．这对于理解在重离子对撞中观察到的一些新现象非常重要．金一金对撞的能量曾经被为足够高，     

高压下Py-FeO2、Py-FeOOH和ε-FeOOH晶体结构与弹性特征的第一性原理研究

Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH是地幔及核幔边界的重要成分,其在高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成和结构及动力学过程有重要意义,为此利用第一性原理方法计算了0~350 GPa条件下Py-FeO₂和Py-FeOOH以及0~170 GPa条件下ε-FeOOH的晶体结构与弹性性质。Py-FeO₂和Py-FeOOH的晶格常数随压强的增加呈逐渐减小趋势,而ε-FeOOH的晶格常数随压强增加而减小,其中c轴更容易被压缩。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的晶胞密度随压强增加而增大,按照密度由大到小依次为Py-FeO₂、Py-FeOOH、ε-FeOOH。3相的体积模量随压强的增加线性增加,Py-FeO₂和Py-FeOOH的剪切模量随压强的增加线性增加。对比体积模量可知,Py-FeO₂的体积模量最高,Py-FeOOH和ε-FeOOH的体积模量在高压下几乎一致;而Py-FeO₂的剪切模量最大,ε-FeOOH的剪切模量最小。Py-FeO₂、Py-FeOOH和ε-FeOOH的压缩波速随压强的增加而增加,Py-FeO₂的剪切波速随压强的增加而增加。Py-FeOOH的剪切波速在0~2000 km深度范围内随深度增加而减小,在2000~6000 km深度范围内变化较小(在5.8~6.0 km/s之间);ε-FeOOH的剪切波速在33 GPa(约900 km深度)发生突变。3相中ε-FeOOH的波速最低,而Py-FeO₂的波速最高。综合计算结果表明,Py-FeO₂和Py-FeOOH具有高密度、低波速的特点,与地幔超低速区的性质一致。Py-FeO₂和Py-FeOOH在形成之后可能富集下沉到核幔边界,成为超低速区的来源。ε-FeOOH在超过33 GPa压强条件下发生的氢键对称化给ε-FeOOH的结构带来显著变化,同时氢键对称化会影响原子间相互作用,进而影响ε-FeOOH的弹性性质以及地震波速。     

石榴子石族矿物状态方程研究进展

石榴子石是重要的造岩矿物,是上地幔、地幔转换带以及(超)高压变质岩中最重要的造岩矿物之一,研究其状态方程对于约束地球内部物质组成和状态、正确理解大洋岩石圈俯冲板块和地幔动力学过程具有重要意义。文中综述了20世纪70年代以来石榴子石p-V(压强-晶胞体积)和p-V-T(压强-晶胞体积-温度)状态方程的研究进展,重点讨论高温高压条件下石榴子石的稳定性以及组分变化和含水对热弹性参数的影响。最后简略概括石榴子石状态方程研究存在的问题,并指出发展方向。