中国科学院广州地球化学研究所副研究员黄永胜团队联合国内外多家科研机构，通过高温高压实验研究，首次证实含挥发分（如水、盐分）的碳酸盐熔体在上地幔条件下可充当“超润湿剂”，完全包裹橄榄石颗粒。2月25日，相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。

论文通讯作者黄永胜指出，该研究为深入理解地球深部碳循环与物质迁移提供了关键依据。即便熔体含量极低（0.02-0.08 vol%），也能形成全连通渗透网络，这为全球范围内观测到的高电导率与低地震波速异常层的成因提供了合理解释。

弥漫的熔体网络促进全球物质循环。研究团队供图

地球物理观测表明，上地幔底部（约410 km不连续面之上）普遍存在地震波速降低、电导率升高的区域，这暗示该处可能存在连通性良好的熔体。此前有研究推测，这些熔体极有可能源自俯冲板片的碳酸盐熔体，但传统实验显示，橄榄石与无水碳酸盐熔体间接触角较大，需较高熔体分数（>2 vol%）才能形成连通网络，这与地球物理反演得出的极低熔体含量相矛盾。这一矛盾使“何种熔体能够以极微量引发大尺度地球物理异常”成为长期未解的科学难题。

为解决这一难题，在国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目资助下，黄永胜团队模拟了1-13 GPa（对应深度约30–390 km）及1100-1400 °C的上地幔条件，系统探究了水、氯化钠等挥发分对橄榄石–碳酸盐熔体体系润湿行为的影响。研究发现，挥发分能触发“超润湿”效应：在无水体系中，橄榄石–熔体二面角约为30°，熔体呈孤立分布；加入微量挥发分后，二面角降至接近0°，熔体实现对橄榄石颗粒边界的完全润湿，形成三维连通薄膜。

电子探针分析揭示了作用机制：含挥发分熔体可显著溶解橄榄石中的硅、镁、铁等组分，大幅降低熔体–矿物界面能，这是引发超润湿现象的根本原因。基于完全润湿模型的计算显示，仅需0.02–0.08 vol%的含挥发分碳酸盐熔体，就能将电导率提升至观测值（0.02–0.05 S/m），并引起相应地震波速降低，与上地幔底部地球物理特征高度吻合。这一熔体分数远低于以往无水模型预测值，成功调和了实验与观测之间的长期矛盾。

该研究明确了挥发分在调控深部熔体行为中的关键作用。完全润湿的碳酸盐熔体网络可作为低黏度、高迁移性的超临界流体，以极低分数实现大规模渗透，从而：驱动深部物质循环，为碳、水及微量元素在地幔与地表间的循环提供高效通道，成为深部碳-水循环的核心环节；引发地幔交代作用，熔体在迁移过程中与围岩发生广泛反应，改变地幔化学成分，影响其不均一性与演化；关联重要地质过程，该机制可能与板内火山活动、深源钻石形成及某些稀土矿床的成因密切相关。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aec1018