The thermodynamics of the system Fe–Si–O under high pressure ( P ) and temperature ( T ) was examined, starting with modelling the phase transition between a face-centred cubic (fcc) and hexagonal close-packed (hcp) structure in Fe–Si alloy which was previously examined by experiment under high P – T conditions. The mixing properties of Fe and Si for the iron phases were found to be approximated by ideal mixing under high P and T conditions. The entropy changes upon melting of the end-members of the system are fairly large, and therefore the melting temperature of the Si-bearing fcc or hcp phases needs to be insensitive to the Si content, to account for the reported close compositions of coexisting liquid and solid (< 1 wt%Si at P > 50 GPa). The solidus and liquidus temperatures of Fe–Si iron alloy would therefore, not significantly be changed by the presence of Si at the inner core-outer core boundary, which enables us to evaluate the melting curve of Fe–Si fcc and hcp phases. From thus-constrained melting curve, I assessed a thermal equation of state of Si-bearing iron liquid. I then estimated a seismologically consistent outer core composition as a function of Si and O contents using the EoS for liquids constructed in this study and the literature. The best-fit composition is Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O, which however does not precipitate a solid iron phase that is consistent with the inner core density. Therefore, Earth’s core cannot be fully represented by the system Fe–Si–O and it should include another light element.

中文翻译：

---

Fe-Si-O 系统在高压和高温下的热力学及其对地核的影响

检查了高压 (P) 和温度 (T) 下 Fe-Si-O 系统的热力学，首先对 Fe 中面心立方 (fcc) 和六方密堆积 (hcp) 结构之间的相变进行建模-Si 合金，之前在高 P - T 条件下通过实验进行了检查。在高 P 和 T 条件下，Fe 和 Si 的铁相混合特性与理想混合近似。系统端元熔化时的熵变化相当大，因此含 Si 的 fcc 或 hcp 相的熔化温度需要对 Si 含量不敏感，以解释共存液体的接近组成和固体（< 1 wt% Si，P > 50 GPa）。因此，Fe-Si 铁合金的固相线和液相线温度为：内芯-外芯边界处 Si 的存在不会显着改变，这使我们能够评估 Fe-Si fcc 和 hcp 相的熔化曲线。根据如此约束的熔化曲线，我评估了含硅铁液状态的热方程。然后，我使用本研究和文献中构建的液体的 EoS 估计了作为 Si 和 O 含量的函数的地震学一致的外核成分。最合适的成分是 Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O，但是它不会沉淀出与内核密度一致的固体铁相。因此，地核不能完全由 Fe-Si-O 系统代表，它应该包括另一种轻元素。这使我们能够评估 Fe-Si fcc 和 hcp 相的熔化曲线。根据如此约束的熔化曲线，我评估了含硅铁液状态的热方程。然后，我使用本研究和文献中构建的液体的 EoS 估计了作为 Si 和 O 含量的函数的地震学一致的外核成分。最合适的成分是 Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O，但是它不会沉淀出与内核密度一致的固体铁相。因此，地核不能完全由 Fe-Si-O 系统代表，它应该包括另一种轻元素。这使我们能够评估 Fe-Si fcc 和 hcp 相的熔化曲线。根据如此约束的熔化曲线，我评估了含硅铁液状态的热方程。然后，我使用本研究和文献中构建的液体的 EoS 估计了作为 Si 和 O 含量的函数的地震学一致的外核成分。最合适的成分是 Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O，但是它不会沉淀出与内核密度一致的固体铁相。因此，地核不能完全由 Fe-Si-O 系统代表，它应该包括另一种轻元素。然后，我使用本研究和文献中构建的液体的 EoS 估计了作为 Si 和 O 含量的函数的地震学一致的外核成分。最合适的成分是 Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O，但是它不会沉淀出与内核密度一致的固体铁相。因此，地核不能完全由 Fe-Si-O 系统代表，它应该包括另一种轻元素。然后，我使用本研究和文献中构建的液体的 EoS 估计了作为 Si 和 O 含量的函数的地震学一致的外核成分。最合适的成分是 Fe-5.8(0.6) wt%Si–0.8(0.6) wt%O，但是它不会沉淀出与内核密度一致的固体铁相。因此，地核不能完全由 Fe-Si-O 系统代表，它应该包括另一种轻元素。