牛海洋:岩浆洋凝固的新机制

牛海洋教授和他的团队来自西北工业大学材料学院,还有凝固技术全国重点实验室,他们和美国普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校的研究者们一起,搞清楚了地球刚诞生那会儿岩浆洋是怎么凝固的。这个研究给咱们理解地球内部的结构和怎么变来变去提供了全新的路子。 科学家们之前一直很好奇,地球刚出来那会儿是个什么样,内部又是怎么折腾的。大家都知道地球那会儿是个大火球,全是熔化的岩浆。这次研究就专门盯着这个阶段看。他们用很厉害的计算机模拟技术,发现了早期岩浆洋凝固的新机制。 研究人员发现,构成下地幔主要成分的一种石头——布里奇曼石,在高温高压下怎么长出来、怎么长大,这事儿以前谁也说不准。为了弄清楚这中间的“界面能”,也就是液体和固体之间的作用力到底有多大,团队用机器学习和分子动力学模拟做了一番计算。结果挺让人意外的:随着压力变高,这个界面能大得吓人,是地面上十倍都不止。 界面能这么大就有个坏处,会把本来能长出来的小晶核给抑制住,让晶体变得特别少。如果这时候岩浆洋冷却得慢点,那些不多的晶核就能一直长大,变成像米一样的大家伙。这和以前觉得的会均匀混合凝固不一样。这种“巨晶模型”能让大石块直接沉下去形成大块头,把不同化学成分分开,这样就能把地幔的层次给分出来。 更有意思的是,这些大块头堆在一块儿之后,它的黏度可能会和周围不一样,就像把流水挡起来一样形成一道屏障。这就解释了为啥像LLSVPs和ULVZs这样的地震波低速带能在几亿年的折腾里活下来。这种巨晶形成和沉降的过程,可能就是这些“地质化石”能保存至今的关键一步。 这项研究把微观的物理参数直接和宏观的地球演化联系起来了。中国西北工业大学牵头做的这件事儿不仅填补了领域里的空白,也让咱们在这方面的研究走在了世界前头。它提出的新理论不光是帮咱们看懂地球内部,对研究其他岩质行星也有大帮助。