本报讯（记者李媛）西北工业大学材料学院、凝固技术全国重点实验室教授牛海洋团队联合美国普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校的团队研究发现，在地球早期深部岩浆洋缓慢冷却的条件下，下地幔主导矿物布里奇曼石并非如传统假设般以微小颗粒形式结晶，而是有机会长成厘米至米尺度的“巨晶”。这些巨晶一旦形成，可能显著改变岩浆洋凝固方式，进而驱动地幔早期分层与化学分异，为理解地球深部长期保存的异常结构提供了新的物理框架。近日，相关研究论文发表于《自然》。

地球形成初期很可能经历全球性熔融过程，形成深部高温高压、强对流的岩浆洋。其凝固方式被认为奠定了此后数十亿年地幔化学组成与动力学演化的基础。然而，在这种极端环境中，晶体究竟以何种粒径成核与生长、能否发生有效的分离结晶，长期以来缺乏直接约束；尤其是布里奇曼石在深部岩浆洋条件下的成核行为，受限于实验难度，此前一直知之甚少。

研究团队在前期工作中发现，岩浆洋熔体具有显著的结构异质性与特殊凝固行为。受此现象启发，团队将研究重点聚焦于高温高压条件下布里奇曼石-熔体界面能的系统分析。结果显示，随着压力升高，布里奇曼石与熔体的界面能显著增大，其数值可达常压硅酸盐-熔体体系的10倍以上。较高的界面能会显著抑制凝固成核密度，若叠加深部岩浆洋较慢的冷却速率，则可能促使布里奇曼石晶体生长至厘米甚至米级规模。

进一步分析表明，与细小晶体容易被对流夹带、倾向整体混合凝固不同，米级巨晶更可能以类似“晶体雨”的方式向中性浮力层聚集，促进分离结晶与化学分异，从而为“分层凝固”假说提供了可量化的微观物理支撑。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-10063-5