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地球深处的一场安静的量子革命
铁离子电子构型的细微变化会产生穿过地幔岩石的地震波速度的可测量差异。
来源:Eos杂志在地幔 1,000 公里以下的深处，压力超过 100 万个大气压，温度比地表熔岩还要热，岩石的行为方式也违背直觉。
几十年来，地震学家根据重新排列晶体结构的矿物相变、与地幔对流相关的温差以及反映数十亿年循环和分异的成分变化来解释该地区的结构。这些过程形成了为什么地震波以不同的速度穿过地球的标准解释。
研究人员发现了地幔异质性的第四个独特因素——铁离子中电子的量子行为。
最近，研究人员发现了地幔异质性的第四个独特因素——铁离子中电子的量子行为。
这种量子尺度的过程发生在单个原子内，但最近的发现表明，它可以通过影响下地幔岩石的浮力、粘度和流动来塑造行星尺度的结构。该区域的量子效应研究仍处于早期阶段，但这种现象对于更全面地了解地球深层内部显然至关重要。
在压力下旋转
在下地幔深处，两种主要矿物桥锰矿 ((Mg,Fe)(Si,Fe)O) 和铁方镁石 ((Mg, Fe)O) 中的铁离子会经历压力驱动的电子结构重排，称为自旋跃迁。在此过程中，铁离子中的一些电子从“高自旋”构型转变为“低自旋”构型（更多细节如下）。化学键没有被破坏，矿物晶体的对称性保持不变。但受影响的铁离子会收缩，它们的键会拉伸，并且它们的体积会崩溃。
由于铁自旋交叉 (ISC) 会影响矿物的压缩性，因此它会在 P 波速度上留下独特的印记，而 S 波速度变化要小得多。