科学家们最近有了一个重要的发现，这个发现让我们对地球早期的情况有了新的认识。西北工业大学材料学院的牛海洋教授领导的研究团队和国际上的同行们一起，把机器学习方法和先进的分子动力学模拟技术结合起来，给地球深部岩浆洋在极端高温高压环境下的物理化学场景做了详细的描述。这个团队把焦点放在了构成下地幔的主要矿物成分布里奇曼石上。科学界以前认为岩浆洋结晶过程是均匀成核和细小结晶的，可是牛海洋团队的最新模拟结果打破了这个传统观点。他们发现，在相当于地下660公里以下的高压环境中，布里奇曼石晶体和周围熔融岩浆之间的界面能随着压力增加而显著增大。这导致新晶核的生成数量被强烈抑制。换句话说，在岩浆洋的深部区域，结晶的起点非常稀少。不过，由于冷却速率相对缓慢，有限的晶核得到了足够的时间和物质供应来持续生长，最终可能形成从厘米级到米级大小的巨型晶体。这个发现让我们想到一个动态性的演化图景：在深部孕育生成的巨型布里奇曼石巨晶由于密度等因素无法稳定悬浮于熔体中，更倾向于集体沉降聚集到某个特定的“中性浮力层”。这种大规模“晶体雨”事件其实是一种高效的化学分异过程——不同成分的矿物在结晶顺序和沉降速率上存在差异，导致熔融体在垂直方向上发生显著的化学成分分层。这个研究不仅给“分层凝固”假说提供了支持，还揭示了布里奇曼石通过巨晶化和沉降分异来驱动分层过程的发生机制。这项研究还展示了计算材料学与地球科学交叉融合的巨大潜力。它让我们知道，通过将数据驱动的机器学习方法与分子动力学模拟相结合可以解决在极端条件下难以直接观测矿物界面特性的问题。这个成果还标志着我国在地球深部过程领域的研究正在迈向国际领先水平。 牛海洋团队揭示了地球早期岩浆洋结晶新机制并为探索地幔演化提供了关键线索。它深化了人类对行星内部动力学的理解。 这次研究揭示了地球早期岩浆洋结晶新机制，为探索地幔演化提供关键线索，加深了我们对行星内部动力学的认识。 科学家们使用机器学习和分子动力学模拟技术重构了地球深部岩浆洋在极端高温高压环境下的物理化学场景。 牛海洋团队发现，在模拟地球深部相当于地下660公里以下高压环境中，布里奇曼石晶体与其周围熔融岩浆之间的界面能会显著增大。 这种改变抑制了新晶核生成数量，在岩浆洋深部区域导致结晶起点非常稀少。 然而冷却速率缓慢让有限的晶核获得足够时间和物质供应来持续生长，最终可能形成从厘米级到米级大小的巨型晶体。 这个发现引出动态演化图景：巨型布里奇曼石巨晶由于密度等因素无法稳定悬浮于熔体中，更倾向于集体沉降聚集到特定“中性浮力层”。 这种大规模“晶体雨”事件是一种高效化学分异过程——不同成分矿物在结晶顺序和沉降速率上存在差异，导致熔融体在垂直方向上发生显著化学成分分层。 这次研究首次从微观物理机制层面给地球科学界已有的“分层凝固”假说提供了计算证据支持。 它证明地球早期岩浆洋并非整体均匀固化，而是经历了从底部或中部开始分层式结晶，可能是导致地幔化学不均一性根本原因之一。 牛海洋团队揭示了布里奇曼石作为下地幔主控矿物如何通过巨晶化和沉降分异驱动这一分层过程发生机制。 这项研究不仅更新了传统理论还展示了计算材料学与地球科学交叉融合潜力为未来模拟更复杂地球或类地行星内部过程开辟新道路。 这次发现让我们对行星内部动力学有了新理解并标志我国在该领域正迈向国际领先水平为最终厘清地球家园演化史诗贡献关键中国智慧。