行星形成理论中的热力学分异 行星形成理论中的热力学分异，指的是在行星（尤其是类地行星）从炽热、部分或全部熔融的初始状态冷却和凝固的过程中，由于其内部不同化学组成物质的熔点、密度和化学亲和力等热力学性质的差异，导致这些物质发生物理分离和重新分配，最终形成具有分层结构（如金属核、硅酸盐地幔和地壳）的过程。 这个过程发生的首要条件是足够的热源，能使原行星（或行星胚胎）的内部物质达到熔融或高度可塑的状态。主要热源包括：1） 吸积能 ，即大量星子高速撞击原行星时，其动能转化而成的巨大热能；2） 短寿命放射性同位素（如铝-26）的衰变热 ，这些同位素在太阳系早期含量丰富，衰变快速释放大量能量；3） 核心形成能 ，当致密的金属铁镍等物质向中心沉降形成地核时，重力势能转化为热能。这些热量的积聚可以使整个原行星或其主要部分经历一次或多次全球性的熔融事件，形成一个“岩浆洋”。 在岩浆洋状态下，热力学分异的核心机制开始起作用。最主要的机制是 重力沉降 。由于铁、镍及其合金（通常与少量硫、碳等形成共熔物）的密度（约7-8 g/cm³）远高于硅酸盐熔体（约3-3.5 g/cm³），在重力作用下，致密的金属液滴会像“雨滴”一样穿过硅酸盐岩浆，向行星中心沉降。这个过程相对高效，可以在数千年到数百万年内完成，最终在中心聚集形成以铁镍为主的金属核。金属核的形成会释放大量潜热和重力能，进一步维持或加热内部。 金属核形成后，剩余的硅酸盐岩浆洋开始冷却和结晶，这是分异的第二个关键阶段。硅酸盐矿物的结晶并非同时发生，而是遵循特定的 结晶分异序列 。最早从熔体中结晶出的通常是密度较高、富含镁和铁的矿物，如橄榄石和辉石。这些矿物也可能因密度大于残余熔体而发生重力沉降，在底部堆积形成原始的、更富镁铁质的地幔。随着温度继续下降，密度较低、富含铝、钙、钠、钾的矿物（如长石）以及石英等开始结晶，它们倾向于上浮或停留在熔体上部，最终冷却形成最初的、相对富硅铝质的原始地壳。 热力学分异过程深刻地塑造了行星的长期演化。首先，它直接决定了行星的 内部圈层结构 ：高密度金属核、中等密度的硅酸盐地幔和低密度的硅酸盐地壳。金属核的分离是行星产生全球性 磁场 的关键前提，因为磁场通常由核内导电流体的对流运动（发电机过程）产生。其次，分异过程造成了不同层圈的 化学组成差异 ，并将放射性生热元素（如铀、钍、钾）相对富集在地壳和上地幔，这些元素衰变产生的热量驱动了后续的地幔对流、火山活动和板块构造（如果存在）。最后，分异过程中，一些挥发性元素（如亲铁元素）会随金属进入地核，而另一些则可能被排挤到地表或大气中，影响了行星的 表面环境和大气成分 。因此，热力学分异是理解行星内部结构、热演化、磁场起源和表面演化的基石。