北京时间1月21日，西北工业大学材料学院和凝固技术全国重点实验室的牛海洋教授团队，跟美国普林斯顿大学的Jie Deng助理教授，以及加州大学洛杉矶分校的科研人员们联合发表了一篇论文。这篇名为《布里奇曼石巨晶驱动岩浆洋分异的潜力》的研究成果，登上了国际顶级学术期刊《自然》。这可是西北工业大学2026年在《自然》上发表的首篇论文。 大家都知道地球刚形成那会儿是个熔融的“岩浆洋”，而凝固的过程决定了今天地幔的结构和化学成分。布里奇曼石是下地幔的主要成分，它怎么结晶一直是个谜。因为地球内部的高温高压实验室很难完全复现，相关数据和理论都很少。为了解决这个难题，研究团队用材料科学的计算模拟方法来研究这个行星尺度的问题。 他们把重点放在了高温高压下布里奇曼石和熔体之间的界面能上。通过机器学习和分子动力学模拟，他们成功计算出了早期地球深部岩浆洋条件下的界面自由能。结果发现这个数值随压力升高而显著增大，甚至能达到常压硅酸盐体系的十倍以上。 这么高的界面能抑制了布里奇曼石的成核密度。在冷却慢的深部岩浆洋里，晶种就少了很多。有限的晶种能持续吸收周围熔体成分，长成厘米级甚至米级的巨晶。 这些巨晶因为太大不会被岩浆对流带走，而是像“晶体雨”一样沉降聚集到中性浮力层里。这个过程会分离不同组分，导致岩浆洋垂直化学分异。这也解释了地幔化学不均一性的起源。 巨晶聚集区黏度增高对流减弱就像“保护区”，让原始化学信号保留下来。同时这个机制也给研究现今地幔底部异常构造提供了新思路。 这次研究把原子尺度的模拟计算跟行星尺度的演化过程联系起来展示了交叉学科的力量。西北工业大学2023级博士研究生胡俊伟和普林斯顿大学Jie Deng助理教授是共同第一作者，牛海洋教授也是通讯作者之一。研究工作得到了国家自然科学基金等项目支持。 这项成果体现了我国科学家在深地科学前沿的耕耘和创新精神。从根本物理参数出发用多学科技术手段揭示了关键过程刷新了认知并为其他类地行星研究提供参考提升了国际影响力也奠定了理论基础彰显了基础科学的重要价值。