發(fā)表時間 :2026-01-29 來源：中國礦業(yè)網(wǎng)
針對地球早期巖漿洋如何結(jié)晶固化的關(guān)鍵科學難題，西北工業(yè)大學聯(lián)合國際研究團隊揭示下地幔主要礦物在極端環(huán)境下可形成“米級巨晶”，并通過“晶體雨”的上浮方式推動早期地幔分層。相關(guān)成果于1月21日在國際期刊《自然》在線發(fā)表。
地球形成初期曾極大概率處于全球熔融狀態(tài)，這個熾熱的“巖漿洋”如何凝固，直接決定了后來數(shù)十億年地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與演化。長期以來，學界對巖漿洋是整體凝固還是分層結(jié)晶存在爭議，而爭議的關(guān)鍵就在于下地幔最主要礦物——布里奇曼石，在極端條件下的形成機制缺乏直接證據(jù)。
西北工業(yè)大學牛海洋教授團隊聯(lián)合普林斯頓大學、加州大學洛杉磯分校的研究人員，創(chuàng)新采用“機器學習+分子動力學模擬”技術(shù)，成功模擬了地幔深部超高壓條件下、布里奇曼石結(jié)晶的關(guān)鍵過程。
研究發(fā)現(xiàn)，在巖漿洋底部處于高壓且冷卻相對緩慢的條件下，少量晶核可獲得充足生長時間與空間，形成厘米至米級的巨型晶體，并因自重上浮形成“晶體雨”并在中性浮力層聚集，從而推動早期地幔的分層。
“我們相當于在計算機里重建了一個‘微型地幔實驗室’。”西北工業(yè)大學博士研究生胡俊偉說，“借助機器學習勢函數(shù)，我們能精確刻畫原子間的相互作用；再結(jié)合增強采樣算法，便能觀測到傳統(tǒng)方法難以捕捉的結(jié)晶過程，從而填補了實驗手段在極端高溫高壓條件下難以獲取的地幔凝固關(guān)鍵數(shù)據(jù)。”
研究為認識地球早期演化提供了關(guān)鍵依據(jù)。“目前，我們正將這種方法拓展至地球內(nèi)部及更多行星環(huán)境的研究中，”牛海洋表示，“希望能揭示更多行星演化的秘密。”（科技日報）