地球形成早期，全球尺度的高温熔融状态被认为曾长期存在，即所谓“岩浆洋”。
它如何从炽热的熔体逐步结晶固化、并在这一过程中塑造地幔结构与物质分布，是认识地球内部演化的关键科学问题。
长期以来，主流设想多将深部矿物的结晶过程视作大量微小晶核快速生成、形成细粒晶体并均匀分散在熔体中的图景，但这一简化模型难以解释地幔早期可能出现的强分层特征以及某些化学分异现象。
针对这一核心疑问，西北工业大学材料学院牛海洋教授团队联合国际团队开展研究，聚焦下地幔主导矿物布里奇曼石在深部岩浆洋环境中的结晶行为。
研究团队在超级计算平台上构建高温高压条件，采用数据驱动方法与分子尺度计算相结合的策略，对布里奇曼石从熔体中成核、生长的关键物理量进行模拟与量化分析。
相关成果近日发表于国际期刊《自然》。
研究指出，压力升高会显著抬升布里奇曼石与熔体之间的界面能。
界面能越高，意味着晶体从熔体中“长出来”的代价越大，成核过程更难发生，晶核密度随之下降。
换言之，在同样的冷却进程中，晶体不再倾向于以“多而小”的方式出现，而可能以“少而大”的方式成长。
若再叠加深部岩浆洋相对缓慢的冷却速率，晶体获得更长的生长窗口，进而具备长成厘米乃至米级巨晶的条件。
在此基础上，研究进一步提出，当巨晶达到一定尺度，其在熔体中的运动与聚集方式可能发生改变：更可能以类似“晶体雨”的形式向中性浮力层汇聚。
中性浮力层可理解为晶体与周围熔体密度相近、上浮下沉驱动力相对减弱的区域。
巨晶在该区域的富集，将强化分离结晶过程，推动化学分异，从而为“分层凝固”假说提供来自微观物理机制的可量化支撑。
从原因层面看，上述机制强调了深部环境与表层环境的本质差异：高压不仅改变矿物相稳定性，也改变成核与生长的动力学门槛；而深部岩浆洋冷却并非瞬时完成，缓慢降温为晶体长大创造了现实时间尺度。
过去在缺乏界面能等关键量化参数情况下，相关推断多停留在定性层面，此次研究将“压力—界面能—成核密度—晶体尺度”这一链条明确化，有助于把宏观演化问题与微观过程连接起来。
从影响层面看，该成果为理解地幔早期分层提供新的解释框架。
若深部出现巨晶聚集并诱发强烈的分离结晶，那么早期地幔可能更早形成成分与密度差异明显的层状结构，进而影响后续的对流样式、热量输运效率以及地球长期演化轨迹。
进一步而言，地幔的分层与化学分异还可能与地球早期挥发分循环、岩浆活动特征乃至地表环境演变存在间接关联，这些都为后续跨学科研究留下空间。
从对策与研究路径看，该工作提示未来需要在多尺度、多手段上形成合力：一方面，应继续完善深部矿物—熔体界面能、扩散系数等基础物性数据库，提升模型的可迁移性与可验证性；另一方面，可结合高压实验与地球化学观测，对分层凝固的可观测后果提出更可检验的预测，例如对特定元素分配、同位素特征或深部结构异常的约束。
此外，构建更贴近真实地球的岩浆洋冷却历史与热输运模型，也有助于评估“巨晶雨”机制在不同阶段、不同深度范围内的适用性与强度。
面向前景，该成果不仅为地球早期岩浆洋凝固提供新的微观机制图景，也为理解类地行星的内部演化提供参考。
岩浆洋被认为在多颗行星的早期阶段普遍存在，不同的压力条件、成分与冷却速率可能导致迥异的结晶路径与分层程度。
随着计算方法、实验技术与观测约束的协同推进，关于行星深部物质分异与结构起源的关键问题有望获得更统一的解释。
地球的演化是一部漫长的史诗，而科学家们正通过前沿技术，一页页揭开它的神秘面纱。
这项研究不仅填补了理论空白，更展现了多学科交叉在解决重大科学问题中的强大潜力。
未来，随着研究的深入，人类对地球乃至宇宙的认识或将迎来新的飞跃。