陈 星， 刘 勋， 黄海军

( 武汉理工大学 理学院 高压物理和新材料研究中心 武汉 430070 )

1 引 言

地球形成过程会在地核及地幔中留下地球物理和地球化学方面的痕迹. 地震波观测表明，地核是由铁及少量轻元素组成. 确定地核中轻元素的种类和含量有助于构建早期地球形成的模型，解释地球物理现象以及预测地球未来的发展[1-5]. 由于碳元素在核-幔分离条件下对液态铁具有高亲和性，并且在太阳系和C1碳质球粒陨石中含量较高，被认为是地核中重要的轻元素之一[6, 7]. 地球内核具有异常高的泊松比，在众多候选轻元素(碳，氢，氧，硫和硅)中，只有铁碳化合物的泊松比接近内地核[8, 9]. 因此，碳可能是内地核中主要的轻元素，甚至一些研究表明内地核几乎完全是由铁碳化合物组成[9]. 通常认为内地核中铁碳化合物的存在形式是Fe3C和Fe7C3，目前这两种铁碳化合物都已得到广泛的研究[6, 10-16]. 虽然大部分研究认为在内地核条件下Fe7C3比Fe3C更稳定，但在最新的研究中Takahashi等人通过实验发现Fe3C在内地核条件下可以稳定存在[17].

约束内地核中碳含量最直接的方法是在地核条件下测量铁碳化合物的密度和声速，并将其与地震波模型(如初始地球参考模型-PREM)进行比较. 在内地核条件(330-360 GPa，5000-7000 K)下直接测量物质的性质仍然非常困难. 目前对Fe3C状态方程和声速的测量局限于相对较低的压力和温度条件. 实验测量的Fe3C声速数据即使在室温高压条件下也显示出很大的差异，将这些结果外推至……