长期以来，地球早期岩浆洋的结晶固化方式及其对地幔演化的影响，一直是地球科学领域的重要课题。
由于实验条件的严苛限制，特别是对极端高温高压环境下矿物成核行为的认识不足，这一关键科学问题长期缺乏深入研究。
西北工业大学与普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校组成的联合研究团队，通过创新的理论与计算方法，成功破解了这一难题。
研究的核心在于对布里奇曼石固液界面能的系统测算。
布里奇曼石是下地幔的主导矿物，其成核和结晶过程直接影响地幔的化学组成与动力学演化。
研究团队利用机器学习势函数驱动的大规模分子动力学模拟，结合先进的增强采样方法，首次在深部岩浆洋的极端环境条件下完成了该界面能的精确计算。
研究发现，随着压力升高，布里奇曼石的固液界面能显著增大，可达常压硅酸盐体系的十倍以上。
这一关键发现打开了认识地球深部矿物结晶规律的新窗口。
较高的界面能会大幅抑制凝固过程中的成核密度。
在深部岩浆洋缓慢的冷却速率条件下，这一特性使布里奇曼石突破了传统认知中的微小颗粒结晶模式，能够生长为厘米甚至米级的巨晶。
这种尺度的晶体形成机制过去鲜有研究。
研究进一步指出，这类巨晶不会被岩浆对流夹带，而是以"晶体雨"的形式向中性浮力层聚集，推动了岩浆洋的分离结晶与化学分异，为学术界广泛认可的"分层凝固"假说提供了可量化的微观物理支撑。
从地球演化的宏观角度看，巨晶形成引发的晶体尺度差异会导致地幔流变性质出现梯度变化。
这种变化使部分区域的黏度升高、对流迟缓，从而让地球早期形成的结构特征与原始地球化学信号得以长期保存。
这为解释地幔底部低地震波速带等现代地球内部异常构造的起源提供了新的理论思路，有助于深化对地球内部结构演化历史的理解。
该研究的创新意义在于实现了从原子尺度凝固成核参数到行星尺度演化过程的直接关联。
这种跨越多个空间尺度的理论整合，不仅为探索地球早期演化打开了新的研究窗口，也为研究其他类地行星的早期演化提供了重要的科学参考。
研究工作得到了国家自然科学基金重大研究计划项目和凝固技术全国重点实验室等多方支持。
牛海洋教授作为西工大凝固技术全国重点实验室副主任，长期致力于复杂与极端条件下材料凝固理论和先进分子动力学方法的研究开发。
迄今已在《自然》《科学·进展》等国际顶级期刊发表论文50余篇，学术影响力显著。
此次研究成果的发表，标志着我国在地球深部过程理论研究领域取得了重要进展。
这项突破性研究标志着我国在地球科学基础研究领域取得重要进展，展现了我国科学家在解决重大科学问题上的创新能力。
它不仅深化了人类对地球早期演化过程的理解，也为探索行星形成与演化规律开辟了新视角。
随着研究的深入，这些科学发现将为人类认识地球、探索宇宙提供更加坚实的理论基础，彰显了基础科学研究在推动人类文明进步中的重要作用。