2021.3月30日從中國科大獲悉，中國科學技術大學吳忠慶教授課題組王文忠博士與合作者研究發(fā)現，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。相關成果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》，將對理解地球深部結構、層圈相互作用和內部揮發(fā)分的遷移與作用等方面產生重要影響。
下地幔是地球內部最重要的圈層之一，深度范圍約為660-2900公里，是地球演化的壓艙石。近年來，地震學者發(fā)現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“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上千公里。這些不同類型異常體的成因，對于理解地球內部結構與物質組成起著關鍵的作用。
與其他類地行星相比，地球具有一個非常獨特的特點——板塊運動和俯沖。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，從而可能導致下地幔形成化學物質不均一性。該課題組此前研究表明，小尺度散射體和大尺度高速異常體主要來源于俯沖洋殼物質，但俯沖至下地幔的洋殼物質不可能導致大型低剪切波速省。
下地幔主要礦物為布里奇曼石，是下地幔鐵的主要載體。前人研究發(fā)現，巖漿中的二價鐵會歧化成三價鐵和鐵單質。鐵單質從早期巖漿分離進入地核，會使早期下地幔富集三價鐵。
研究人員通過高溫高壓實驗和第一性原理計算發(fā)現，中度富三價鐵的布里奇曼石會分解成極度富三價鐵和貧三價鐵布立基曼石，這種新發(fā)現的富三價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5-15%的富三價鐵布里奇曼石，可以很好解釋有關大型低剪切波速省的地震學觀測結果，且地球動力學模擬顯示這種不均一異常體可以在下地幔形成類似于大型低剪切波速省的結構。
他們認為，早期巖漿演化形成的含三價鐵布里奇曼石，分解成極度富三價鐵布里奇曼石，很可能導致大型低剪切波速省的形成。（
