近期，我国科学技术大学地球和空间科学学院吴忠庆教授课题组鄙人地幔热导率和核幔鸿沟暖流散布的研讨上取得重要展开，他们使用榜首性原理核算与机器学习结合的办法，确认了下地幔最主要的矿藏布里奇曼石及其高压相后钙钛矿的热导率，并结合课题组此前取得的下地幔矿藏成分与温度散布（Deng et al., 2023 PNAS），清晰了核幔鸿沟暖流散布及热通量巨细。相关效果以“Thermal conductivity of Fe-bearing bridgmanite and post-perovskite: Implications for the heat flux from the core”为题宣布在世界闻名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》上。

  核幔鸿沟暖流是了解地球的结构和演化的根本信息参数。它在地磁极倒转、地磁场强度改变、内核的结构与成长速度、外核热分层、以及核幔鸿沟的最明显的反常结构体（大剪切波低速省）稳定性等方面都起关键作用。核幔鸿沟热量由下地幔底部的热导率乘以温度梯度取得。高温度高压力下矿藏热导率的丈量仍是高压范畴最困难和杂乱的课题之一。

  榜首性原理核算能简单完结高温度高压力，是研讨热导的重要手法。以往常用三阶力常数解玻尔兹曼输运方程去取得矿藏的热导率，更高阶的力常数在许多系统中的影响是不行疏忽的，但其核算一般极端费时。分子动力学办法可以隐式地考虑一切力常数，但面临着尺度效应，只要足够大的模仿系统才干发生牢靠的成果。但是因为核算量的约束，榜首性原理分子动力学只能处理具有几百个原子的小系统。针对这一问题，研讨团队选用榜首性原理核算与机器学习结合的结构，展开了高温度高压力热导的高效核算办法(Wang et al., 2022 GRL)，使用榜首性原理数据练习机器学习原子相互作用势，在根本坚持榜首性原理精度的一起进行了数万原子的分子动力学模仿，然后有效地处理了尺度效应，取得了牢靠的热导率成果。鄙人地幔底部，12.5mol%的铁使布里奇曼石和后钙钛矿的热导率别离下降10%和14%，布里奇曼石到后钙钛矿的相变将使热导率添加20%-30%（图1）。

  核幔鸿沟热导受控于核幔鸿沟矿藏相、成分和温度。课题组之前在这方面展开了深入研讨，使用展开的高效弹性核算办法，取得了下地幔相关矿藏的高温度高压力弹性数据，选用蒙特卡罗模仿办法反演了下地幔包含核幔鸿沟的三维的物质成分、温度和密度散布 (Deng et al., 2023 PNAS)，结合该成果，研讨团队确认了核幔鸿沟热导率和温度梯度散布，然后得到了核幔鸿沟暖流散布（图2）。因为高温的大剪切波低速省（LLSVP）下降了其内部矿藏的热导率以及由LLSVP到地核的温度梯度，使得LLSVP区域具有极低的暖流值，这导致了极不均一的暖流散布。由暖流散布积分得到的核幔鸿沟热通量为7.1±0.5 TW。研讨团队进一步根据能量守恒限制出内核的年纪为0.75±0.35 Ga，支撑近些年以为内核非常年青的观念。该研讨取得的布里奇曼石及后钙钛矿的热导率、核幔鸿沟暖流散布以及热通量巨细对了解地核地幔耦合演化、地磁发电机作业等具有极端重大意义。

  图2.(a)核幔鸿沟热导率散布；(b)核幔鸿沟温度梯度散布；(c)核幔鸿沟暖流散布。

  论文榜首作者为我国科学技术大学博士生王冬，通讯作者为吴忠庆教授，合作者为博士生邓忻。该研讨遭到国家自然科学基金以及中心高校根本科研业务费专项资金等项目的赞助。核算作业主要在我国科大超级核算中心和合肥先进核算中心完结。