地球早期岩浆洋的凝固过程是理解行星演化的关键科学问题；长期以来，科学界对于此过程中矿物如何结晶固化存在认识不足。近日，西北工业大学材料学院牛海洋教授团队联合国际研究机构，通过创新研究方法实现突破，为这一古老谜题提供了新的科学解答。 研究团队针对的核心问题是：在地球形成初期，当岩浆洋在极端高温高压条件下缓慢冷却时，占下地幔体积最大的矿物——布里奇曼石是如何结晶的？传统学术假设认为，这种矿物会以微小颗粒的形式析出。然而，这一假设长期缺乏定量的微观物理验证。 为了揭示这一过程的本质，研究团队采用了前沿的计算方法。他们将机器学习算法与分子动力学模拟相结合，在超级计算机中重现了地球深部岩浆洋的极端物理化学环境。通过精确模拟布里奇曼石在不同压力条件下的结晶行为，研究人员获得了突破性发现。 模拟结果表明，随着压力不断升高，布里奇曼石与周围熔体之间的界面能会显著增大。这种界面能的增加优势在于重要的物理意义：它会显著抑制结晶过程中的成核密度，即阻止大量微小晶核的形成。在这种条件下，如果再考虑到地球早期岩浆洋相对缓慢的冷却速率，布里奇曼石晶体就有机会不断吸收周围物质，逐步长成厘米级甚至米级的巨大晶体。 这一发现的重要性在于其对地球演化过程的深刻影响。这些米级巨晶会因为密度差异，以类似"晶体雨"的方式向下沉降，聚集在中性浮力层。这种大规模的物质分离与聚集过程，促进了结晶分异与化学分异，为学术界长期讨论的"分层凝固"假说提供了可量化的微观物理基础。换言之，这一机制可能是驱动地幔早期分层的重要因素，对理解地球内部结构的形成具有重大意义。 该研究成果已在国际顶级学术期刊《自然》在线发表，标志着我国在地球深部过程研究领域取得了国际领先的创新成果。研究团队工作充分说明了多学科交叉融合，将材料学、地球物理学与高性能计算相结合，为传统地学问题提供了新的研究视角。
地球演化的新发现不断刷新人类对家园的认知；这项研究不仅揭示了早期岩浆洋的结晶机制，更为理解行星形成演化提供了新视角。随着科技进步，人类对地球内部的探索将持续深入，为认识类地行星形成规律贡献中国智慧。