我国西北工业大学联合加州大学洛杉矶分校和普林斯顿大学，组成了一个科研团队，近期揭示了早期地球深部岩浆结晶的机制，为研究地幔演化提供了新的视角。行星科学家们一直以来对地球诞生初期炽热的景象充满了好奇。这个研究团队通过定量模拟证明了，在极端高压环境下，主导矿物可能会以巨大的晶体形式生长，从而塑造了地球内部结构的演化过程。他们的研究成果在国际权威学术期刊《自然》上发表。 地球形成初期可能处于全球熔融状态，岩浆洋的深度可达数千公里，温度极高且流动剧烈。这个庞大熔融体的凝固方式被认为是奠定了地幔物质组成和分层结构的基础。这次研究把关注点放在下地幔中含量最丰富的矿物布里奇曼石上。布里奇曼石在原始岩浆洋中的结晶行为是理解整个凝固过程的关键。 中国西北工业大学材料学院牛海洋教授团队在这个研究中做出了重要贡献。他们利用机器学习势函数和分子动力学模拟技术构建了矿物-熔体界面的微观状态模型。模拟结果显示，随着压力增加到地球深部量级，布里奇曼石与熔体之间的界面能急剧增大，达到地表常压下硅酸盐体系的十倍以上。极高的界面能抑制了晶体成核密度，使得深部岩浆洋冷却缓慢时，有限的晶体核能够充分生长形成巨大单晶。 这种“巨晶形成模型”彻底改变了之前认为晶体只能以微细颗粒析出的观点。微细颗粒易被岩浆流动裹挟并均匀混合凝固，而巨大晶体由于自重力作用沉降聚集在岩浆洋中部的中性浮力层。这种大规模分离结晶作用能够有效促进不同化学成分分离，并为地幔早期化学分异和分层结构提供了新机制。 此外，巨晶主导凝固过程还可能影响地幔流变性质不均一性。晶体富集区域黏度增高对流运动减缓这种“结构性记忆”效应能够保留早期形成构造和原始化学信号数十亿年之久。这个发现对于解释当今地球深部复杂异常构造的起源提供了新思路。 这个研究成功连接了微观物性参数与宏观演化之间的桥梁实现了微观凝固机理与宏观地质历史深度融合不仅革新了人类对早期地球内部过程的理解也为探索其他类地行星提供了新路径展示了我国在该领域取得国际影响力原创性突破彰显了基础研究创新揭示自然奥秘贡献人类知识体系科学力量。