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，被稱為地球演化的“壓艙石”。近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與美國學(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。國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》日前發(fā)表了該成果。

近年來，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)觀測結(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