針對地球早期岩漿洋如何結晶固化的關(guan) 鍵科學難題，西北工業(ye) 大學聯合國際研究團隊揭示下地幔主要礦物在極端環境下可形成“米級巨晶”，並通過“晶體(ti) 雨”的上浮方式推動早期地幔分層。相關(guan) 成果於(yu) 1月21日在國際期刊《自然》在線發表。

 地球形成初期曾極大概率處於(yu) 全球熔融狀態，這個(ge) 熾熱的“岩漿洋”如何凝固，直接決(jue) 定了後來數十億(yi) 年地球內(nei) 部的結構與(yu) 演化。長期以來，學界對岩漿洋是整體(ti) 凝固還是分層結晶存在爭(zheng) 議，而爭(zheng) 議的關(guan) 鍵就在於(yu) 下地幔最主要礦物——布裏奇曼石，在極端條件下的形成機製缺乏直接證據。

 西北工業(ye) 大學牛海洋教授團隊聯合普林斯頓大學、加州大學洛杉磯分校的研究人員，創新采用“機器學習(xi) +分子動力學模擬”技術，成功模擬了地幔深部超高壓條件下、布裏奇曼石結晶的關(guan) 鍵過程。

早期地球岩漿洋凝固與(yu) 地幔分層示意圖

 研究發現，在岩漿洋底部處於(yu) 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(yu) 空間，形成厘米至米級的巨型晶體(ti) ，並因自重上浮形成“晶體(ti) 雨”並在中性浮力層聚集，從(cong) 而推動早期地幔的分層。

 “我們(men) 相當於(yu) 在計算機裏重建了一個(ge) ‘微型地幔實驗室’。”西北工業(ye) 大學博士研究生胡俊偉(wei) 說，“借助機器學習(xi) 勢函數，我們(men) 能精確刻畫原子間的相互作用；再結合增強采樣算法，便能觀測到傳(chuan) 統方法難以捕捉的結晶過程，從(cong) 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(guan) 鍵數據。”

 研究為(wei) 認識地球早期演化提供了關(guan) 鍵依據。“目前，我們(men) 正將這種方法拓展至地球內(nei) 部及更多行星環境的研究中，”牛海洋表示，“希望能揭示更多行星演化的秘密。”