下地幔是地球內(nèi)部最重要的圈層之一，深度范圍約為660公里到2900公里，被稱(chēng)為地球演化的“壓艙石”。近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)學(xué)者合作研究發(fā)現(xiàn)，下地幔最大的低速異常體可能起源于地球早期巖漿海演化，這將對(duì)理解地球深部結(jié)構(gòu)、層圈相互作用等方面產(chǎn)生重要影響。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》日前發(fā)表了該成果。

近年來(lái)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在下地幔存在許多尺度不一的異常體，包括大尺度高速、低速異常體和小尺度散射體。下地幔最大的低速異常體——大型低剪切波速省，位于非洲和太平洋板塊下部，其橫向和徑向尺度可達(dá)上千公里。與其他類(lèi)地行星相比，地球具有一個(gè)非常獨(dú)特的特點(diǎn)——板塊運(yùn)動(dòng)和俯沖。板塊可以俯沖至地球深部甚至核幔邊界，將洋殼帶至地幔深部，從而可能導(dǎo)致下地幔形成化學(xué)物質(zhì)不均一性。

下地幔主要礦物為布里奇曼石，是下地幔鐵的主要載體。前期研究發(fā)現(xiàn)，巖漿中的二價(jià)鐵會(huì)歧化成三價(jià)鐵和鐵單質(zhì)。鐵單質(zhì)從早期巖漿分離進(jìn)入地核，會(huì)使早期下地幔富集三價(jià)鐵。

近期，中科大吳忠慶教授課題組王文忠博士與美國(guó)密歇根州立大學(xué)劉嘉超博士、亞利桑那州立大學(xué)李明明教授合作，他們通過(guò)高溫高壓實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，中度富三價(jià)鐵的布里奇曼石會(huì)分解成極度富三價(jià)鐵和貧三價(jià)鐵布里奇曼石，這種新發(fā)現(xiàn)的富三價(jià)鐵布里奇曼石具有低波速、高泊松比和高密度。正常地幔富集5%到15%的富三價(jià)鐵布里奇曼石，可以很好地解釋有關(guān)大型低剪切波速省的地震學(xué)觀(guān)測(cè)結(jié)果，且地球動(dòng)力學(xué)模擬顯示這種異常體可以在下地幔形成類(lèi)似于大型低剪切波速省的結(jié)構(gòu)。

他們認(rèn)為，早期巖漿演化形成的含三價(jià)鐵布里奇曼石，分解成極度富三價(jià)鐵布里奇曼石，很可能導(dǎo)致了大型低剪切波速省的形成。

關(guān)鍵詞： 中美學(xué)者 地幔