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)電機磁場。而現(xiàn)今月球已不存在全球性磁場，表明月球的發(fā)電機作用已停止。月球磁場發(fā)電機的演化與月核的生長和輸運性質(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)電機模型，對于探討月球熱化學(xué)、內(nèi)部動力學(xué)、月球磁場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)今軌道觀測數(shù)據(jù)分析推測，月球可能存在固態(tài)金屬內(nèi)核和液態(tài)金屬外核。同時，月核可能存在的輕元素如S、P等的豐度會改變固態(tài)內(nèi)核的形成方式，進而影響月核的熱演化與磁場演化。

近期，中國科學(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在高溫高壓條件下測量了兩種Fe-S-P合金的電阻率。結(jié)合此前對月核中硫和磷含量的限定，課題組通過Wiedemann-Franz定律計算出現(xiàn)今月核的熱導(dǎo)率約為23.40 W/m/K。基于這一結(jié)果，課題組建立了Fe-S-P月核的生長模型、熱通量模型和發(fā)電機模型。

月核的生長模型表明，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。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到臨界值3.5 wt%，月核的生長機制轉(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)動的月核發(fā)電機只可維持到35.1-37.8億年前?，F(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)動的月核發(fā)電機不可能維持至今。

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)電機在月球高場強時期能夠正常運行，但Fe-S-P月核發(fā)電機僅能夠在月表產(chǎn)生0.1-0.4 μT的磁場。因此，研究推測，可能存在其他機制如底部巖漿洋、隕石撞擊、月球自轉(zhuǎn)改變、月幔翻轉(zhuǎn)等驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生高強度的月磁場。隨著固態(tài)內(nèi)核生長機制的轉(zhuǎn)變，熵耗散E_Φ和Elsasser數(shù)值結(jié)果表明月球磁場不穩(wěn)定，月核發(fā)電機無法穩(wěn)定運行；底部巖漿洋在35億年前固化。而多種生磁機制的消失可能是月球磁場驟降的主要原因。

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

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