月殼存在的大規(guī)模磁化現(xiàn)象指示月球曾存在月球發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)。而現(xiàn)今月球已不存在全球性磁場(chǎng)，表明月球的發(fā)電機(jī)作用已停止。月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的演化與月核的生長(zhǎng)和輸運(yùn)性質(zhì)如電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率相關(guān)。因此，基于月核熱導(dǎo)率構(gòu)建月核的熱演化和發(fā)電機(jī)模型，對(duì)于探討月球熱化學(xué)、內(nèi)部動(dòng)力學(xué)、月球磁場(chǎng)演化等具有重要意義。

有研究基于阿波羅月震數(shù)據(jù)和現(xiàn)今軌道觀測(cè)數(shù)據(jù)分析推測(cè)，月球可能存在固態(tài)金屬內(nèi)核和液態(tài)金屬外核。同時(shí)，月核可能存在的輕元素如S、P等的豐度會(huì)改變固態(tài)內(nèi)核的形成方式，進(jìn)而影響月核的熱演化與磁場(chǎng)演化。

近期，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所翟雙猛課題組利用多面頂大腔體壓機(jī)在高溫高壓條件下測(cè)量了兩種Fe-S-P合金的電阻率。結(jié)合此前對(duì)月核中硫和磷含量的限定，課題組通過Wiedemann-Franz定律計(jì)算出現(xiàn)今月核的熱導(dǎo)率約為23.40 W/m/K?；谶@一結(jié)果，課題組建立了Fe-S-P月核的生長(zhǎng)模型、熱通量模型和發(fā)電機(jī)模型。

月核的生長(zhǎng)模型表明，月球的固態(tài)內(nèi)核在43.5億年前開始以“自下而上”的方式結(jié)晶生長(zhǎng)。然而，由于硫和磷在固相鐵中極低的溶解度，液態(tài)外核中硫和磷的豐度逐漸升高，且在約35億年前硫和磷的總量達(dá)到臨界值3.5 wt%，月核的生長(zhǎng)機(jī)制轉(zhuǎn)變成“從上而下”的方式。

月核的熱通量模型表明，月球核幔邊界處絕熱傳導(dǎo)的熱通量q_ad為2.06-2.34 mW/m²，絕熱傳導(dǎo)的熱流Q_ad為2.82-3.20 GW。研究結(jié)合月核熱演化模型發(fā)現(xiàn)，熱驅(qū)動(dòng)的月核發(fā)電機(jī)只可維持到35.1-37.8億年前。現(xiàn)今月球核幔邊界處的熱流值Q_TCMB為1.3 GW，小于液態(tài)外核頂部的絕熱傳導(dǎo)熱流Q_ad，佐證了熱驅(qū)動(dòng)的月核發(fā)電機(jī)不可能維持至今。

浮力通量F_b、歐姆耗散熵E_Φ、Reynolds數(shù)值等約束條件均支持Fe-S-P月核發(fā)電機(jī)在月球高場(chǎng)強(qiáng)時(shí)期能夠正常運(yùn)行，但Fe-S-P月核發(fā)電機(jī)僅能夠在月表產(chǎn)生0.1-0.4 μT的磁場(chǎng)。因此，研究推測(cè)，可能存在其他機(jī)制如底部巖漿洋、隕石撞擊、月球自轉(zhuǎn)改變、月幔翻轉(zhuǎn)等驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高強(qiáng)度的月磁場(chǎng)。隨著固態(tài)內(nèi)核生長(zhǎng)機(jī)制的轉(zhuǎn)變，熵耗散E_Φ和Elsasser數(shù)值結(jié)果表明月球磁場(chǎng)不穩(wěn)定，月核發(fā)電機(jī)無法穩(wěn)定運(yùn)行；底部巖漿洋在35億年前固化。而多種生磁機(jī)制的消失可能是月球磁場(chǎng)驟降的主要原因。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）以及貴州省等的支持。

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