中国科大揭秘地球深部奥秘：最新研究进展
中国科大揭秘地球深部奥秘：最新研究进展
近期，中国科学技术大学在地球深部结构研究领域连续取得重要突破，揭示了地球内部复杂结构的形成机制，为理解地球演化提供了新的线索。
下地幔大型低剪切波速省的成因之谜
中国科学技术大学地球和空间科学学院吴忠庆教授课题组在《自然-通讯》上发表重要研究成果，揭示了下地幔最大低速异常体——大型低剪切波速省（LLSVPs）的形成机制。LLSVPs是地球内部最显著的结构特征之一，位于非洲和太平洋板块底部，横向和径向尺度可达上千公里。
研究团队通过高温高压实验和第一性原理计算发现，LLSVPs的形成与地球早期岩浆海演化密切相关。在地球形成初期，岩浆中的Fe2+会发生歧化反应，生成Fe3+和铁单质。铁单质会逐渐沉降至地核，而富含Fe3+的物质则留在地幔中。随着地球冷却，这些富含Fe3+的布里奇曼石（下地幔主要矿物）会发生分解，形成极度富Fe3+和贫Fe3+的布里奇曼石。这种新发现的富Fe3+布里奇曼石具有低波速、高泊松比和高密度的特性，能够很好地解释地震学观测到的LLSVPs特征。
这一发现不仅解决了长期以来关于LLSVPs成因的争议，还为理解地球早期演化提供了新的视角。它表明地球内部结构的形成是一个复杂而漫长的过程，涉及多种物质的相互作用和演化。
核幔边界超低速区的神秘起源
在另一项重要研究中，中国科学技术大学王文忠特任教授团队在《美国国家科学院院刊》上发表论文，揭示了地球核幔边界（CMB）超低速区（ULVZ）的形成机制。ULVZ是CMB区域一种特殊的低速异常体，通常具有数百公里的宽度和数十公里的厚度，表现出显著的低波速和高密度特征。
研究团队采用“第一性原理计算+机器学习”的方法，发现ULVZ的形成与俯冲板片深部脱水和液态外核反应生成的超离子态铁氢化物密切相关。在核幔边界的极端条件下，铁氢化物能够以超离子态形式稳定存在，其Fe原子像固体一样振动，而H原子则像流体一样扩散。这种物质状态导致其具有极低的波速和较高的密度，与地震学观测到的ULVZ特征高度吻合。
这一发现不仅解释了ULVZ的成因，还揭示了水在地球深部物质循环中的重要作用。它表明，俯冲带不仅是地表物质进入地球深部的通道，也是水等挥发份参与地球内部动力学过程的重要途径。
青藏高原岩石圈的密度之谜
在区域尺度上，中国科学家通过重震联合反演技术，揭示了青藏高原岩石圈的密度结构特征。研究发现，青藏高原中下地壳存在显著的低密度、低VS异常，表明该区域发生了部分熔融并形成了地壳流通道。同时，岩石圈地幔整体呈现高密度、低VS异常，暗示上地幔可能经历了部分熔融和底侵作用。
这些发现为进一步理解青藏高原的隆升机制和地球内部动力学过程提供了新的参考。它们表明，地球内部结构的复杂性不仅体现在全球尺度上，也在区域尺度上展现出多样化的特征。
中国地球深部研究的未来展望
为了进一步推动地球深部研究，国家自然科学基金委员会发布了“地球宜居性的深部驱动机制”重大研究计划2025年度项目指南。该计划聚焦地球内部层圈（地核、地幔及地壳）在控制地球宜居性中的重要作用，围绕深部挥发份的化学行为、分布及赋存状态等核心问题，支持多学科交叉研究。
计划拟资助培育项目12项左右，重点支持项目12项左右，涵盖地球深部挥发份的化学性质、地球物理探测技术、深部过程与氢-氦富集等多个研究方向。这标志着中国在地球深部研究领域正进行全面布局，致力于破解地球宜居性的深部引擎之谜。
中国科学家在地球深部结构研究领域的连续突破，不仅展示了中国在地球科学研究领域的实力，也为全球地球科学研究提供了新的参考。这些发现将进一步推动我们对地球内部结构和演化的理解，为揭示地球宜居性的奥秘提供新的线索。