海歸學者發起的公益學術平臺
分享資訊，整合資源
交流學術，偶爾風月
地球深部存在著一個神秘的 D" 層，它位於大約 3,000 公里深處，坐落在熔融的外地核和固態的地幔邊界上方。D" 層並不是一個完美的球圈體，它的厚度因位置而異，一些區域甚至完全沒有D" 層。這種斑駁不均的的特徵就像從海洋升起大陸一樣，存在顯著的不均一性，正因這獨特屬性，D"層已成為地球物理和礦物學界中最受關注的區域之一。
一項由中美研究團隊合作的研究表明，D"層的這種不均一性可追溯至地球最早期。研究團隊由北京高壓科學研究中心的胡清揚研究員和美國普林斯頓大學的鄧傑教授領銜，他們的理論基於巨大撞擊假說，該假說認為一個火星大小的天體撞擊了原始地球，隨後在撞擊後形成一個遍佈全球的岩漿洋。他們認為 D" 層可能是這種巨大撞擊留下的獨特成分，因此包含有關地球形成的線索。這個全球岩漿洋中存在大量的水，雖然這些水的確切來源仍具有爭議，近年來已提出多種外源或內生起源假說，包括岩漿洋與星雲氣體發生反應形成水，或者由外部彗星撞擊輸送水等。然而基本確定的是隨著岩漿洋冷卻，水會逐漸沉降到岩漿洋底部；在接近冷卻完成的最後階段，最為靠近地核的岩漿可能含有相當於幾個地球當年海洋的水量。
底部岩漿洋的結晶過程與化學反應生成富鐵過氧化物。
底部岩漿洋的極端壓力和溫度條件創造了獨特的化學環境，促進水和礦物之間發生新的深部反應。研究表明在D" 層深部，這種含水的岩漿洋有利於形成一種富含鐵的物質，稱為鐵鎂過氧化物。它的化學式為 (Fe,Mg)O2，與下地幔中其他主要成分相比，它對鐵的親和力更強。據估算，這種強大的鐵親和力可能導致富鐵過氧化物堆積成幾公里到幾十公里厚的層，這與D" 層的非均質球圈體結構不謀而合。
D"層的礦物組成也可能隨之改寫，富鐵的 (Fe, Mg) 過氧化物將有望成為一種新的主要礦物相，主要在接近地核地幔邊界富集。富鐵過氧化物在塑造 D" 層的異質結構方面發揮了關鍵作用，它具有低地震波速和高電導率，成為解釋D" 層獨特地球物理特徵的潛在候選礦物。富鐵斑塊的密度更高，與地幔間產生顯著的密度差異，阻止其與地幔其他物質混合，導致D" 層的異質效能夠長久存在，這個模型與最近的數值模擬結果非常吻合，表明最下地幔的異質性可能源自於早期岩漿岩結晶過程中發生的深部新化學。
這項成果發表於《國家科學評論》（National Science Review，NSR），受國家自然科學基金原創探索專案（基金號42150101，U1930401）和騰訊新基石基金委的共同支援。
點選“閱讀原文”閱讀原文。
本文系網易新聞·網易號“各有態度”特色內容
媒體轉載聯絡授權請看下方