福州科研力量参与突破：46亿年前地球“岩浆洋”如何把水锁进地幔？

46亿年前，初生地球饱受星体撞击，地表与深部被炽热岩浆海洋覆盖，液态水无法存留，生命更无从谈起。那么，这颗星球是如何在如此炼狱环境中悄然保存下孕育生命的“水之火种”？这一关键谜题，近日迎来重要进展——中国科学院广州地球化学研究所杜治学研究员团队联合多方力量，在高温高压实验中首次证实：早期地球岩浆洋冷却结晶时，布里奇曼石可高效捕获并封存大量水分，为地球深部储水机制提供了全新解释。该成果于12月12日凌晨在线发表于国际顶级期刊《科学》。

研究团队指出，布里奇曼石是地幔中最早结晶、占比超50%的主导矿物，其“锁水”能力（即水分配系数）直接决定岩浆中的水能否转入固态地球内部。过去受限于低温实验条件，学界普遍认为该矿物储水能力微弱，甚至推断下地幔几近“干涸”。而杜治学团队自主研发的激光加热金刚石压腔装置，成功将实验温度提升至约4100℃，逼近原始岩浆洋真实环境。结果令人震撼：温度越高，布里奇曼石的吸水效率反而越强。

本项研究不仅颠覆了“深下地幔缺水”的传统认知，更实现了两大技术跨越：一是首次在实验室精准模拟深度超660公里的地幔极端压力-温度场；二是在直径不足头发丝十分之一的微米级样品中，成功识别出含量低至万分之一的痕量水信号。依托广州地化所先进平台，并融合冷冻三维电子衍射、纳米二次离子质谱及中国地质科学院龙涛团队的原子探针断层扫描技术，团队构建出一套原创性微纳尺度水分析方法体系，相当于为地球深部矿物装上了高精度“化学CT”与“分子级质谱仪”。

基于新数据，团队重建了早期岩浆洋结晶模型。结果显示，在高温驱动下，布里奇曼石大量吸水，使凝固后的下地幔成为整个固体地幔中最大的储水库，储水量可达此前估算的5—100倍；早期固态地幔所封存的水量，相当于0.08至1个现代全球海洋总和。值得一提的是，这些深埋之水并非静止库存，而是作为地球内部循环的“润滑剂”，显著降低岩石熔点与黏度，驱动板块运动与地幔对流——正是这种持续演化的地质活力，为后续水汽上涌、原始大气与海洋形成奠定了基础。

值得关注的是，福建及福州近年来持续强化地球科学领域基础研究布局，省内高校与中科院系统合作日益紧密。本项成果虽由广州团队主导，但其关键技术路径与分析范式，已为包括福建师范大学、福州大学在内的本地地学团队开展深地物质行为研究提供了重要参考。从闽江之畔到南岭腹地，中国地球化学研究正形成跨区域协同创新新格局。

本项研究中布里奇曼石从地球深部岩浆洋“锁水”的想象示意图(图片由AI生成)。中国科学院广州地球化学研究所 供图

本项研究成果的相关示意图。中国科学院广州地球化学研究所 供图

研究团队代表(从左至右依次为王婉颖博士后、卢文华博士后、杜治学研究员、李俊威博士后)在实验室。中国科学院广州地球化学研究所 供图

文章来源:https://www.chinanews.com.cn/gn/2025/12-12/10531884.shtml