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物理学和地球科学的共同挑战

已有 4161 次阅读 2007-6-15 10:05 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记

我是学地球科学的,但现在试图用一些理论物理计算的方法解决地球科学问题,如使用分子动力学和第一原理计算。我发现一些地球科学中急需解决的问题,在物理学中也没有解决好。先写下一点点,以后再补充。(注:地球科学太大,问题仅限地球深部研究中的问题)

(1)含铁物质的弹性、磁性、光学性质。地球深部矿物中都含有大量的铁。地核就是由纯铁加少量其它元素组成。所以为了探测地球内部,我们急需了解含铁矿物的物理性质。可是我发现含铁物质的第一原理计算在物理中也是个头痛的问题。纯铁的磁化率计算不了,FeO的bandgap计算不了。

(2)状态方程问题。地球内部处于高温和高压下。但实验数据常常是低温高压,或高温低压,同时高温高压的少。所以需要根据这些实验数据外推。只要外推,事情的可信程度就小了。现在有几百个状态方程可以选择,预测的结果都不一样,你相信那一个呢?如果不用状态方程,那用什么模型外推?

(3)单晶和多晶的物理性质:单个晶体颗粒的性质知道了,推出多晶物理性质(如弹性性质)的最好方法是什么?国际上有一些方法,Voigt-Reuss方法等等,但那种方法最好呢?特别是在高温高压下?在地球科学里,就是如何从矿物的性质得到岩石的性质,特别是当矿物的性质都很不相同时。

(4)粘滞渡:固体在时间很长时,也会象流体一样流动,也有粘滞渡。它和岩石中矿物的颗粒大小和形状有关,和离子的扩散速度有关,和温度压力有关。但如何计算呢?这个问题的解决,会极大地推动地球深部动力学的研究。

(5)熔化:熔化是日常生活中常见的现象。如何知道在高压下物质的熔化温度?常见的有Lindeman公式,但它在很高的压力下也适用吗?

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