地幔底部异质性成因新解：核部分离氧化物污染基底岩浆洋模型

来自多学科交叉团队的研究人员通过热力学与地球动力学模拟，揭示了早期地球基底岩浆洋受核部分离氧化物污染的形成机制。该研究成功解释了地幔底部大型低速省（LLVPs）和超低速带（ULVZs）的成因，证实污染后的岩浆洋结晶可抑制铁方镁石生成，并携带核源硅同位素、钨同位素（W）和氦同位素（He）特征，为洋岛玄武岩（OIBs）提供源区物质，对深部地幔化学异质性起源研究具有突破性意义。

　　

地球深部地幔底部存在两类显著地震波异常结构：大型低速省（LLVPs）和斑块状分布的超低速带（ULVZs），这些区域可能保留着与周围地幔不同的地球化学特征。传统观点认为其起源于早期基底岩浆洋（basal magma ocean）的分异作用，但该模型无法解释为何结晶后会形成过厚的富铁方镁石层（ferropericlase），这与地震层析成像结果相矛盾。

最新研究通过耦合热力学模拟和地球动力学建模，提出了一种创新机制——基底岩浆洋在结晶过程中持续受到从地核分离（exsolution）的氧化物污染，形成“核部分离污染基底岩浆洋”（basal exsolution contaminated magma ocean）。模拟结果表明，污染物有效抑制了铁方镁石的结晶，而固化后的污染岩浆洋可形成与LLVPs和ULVZs观测特征吻合的深部结构。此外，被裹挟至固态地幔中的核部分离物质底辟体（diapirs）可能引发小尺度地震波散射现象。

该污染岩浆洋继承了地核来源的硅同位素（Si）、钨同位素（W）和氦同位素（He）特征，并富集微量元素，提示其可能是洋岛玄武岩（ocean island basalts, OIBs）的源区物质——这些玄武岩通常被认为采样自LLVPs区域。该研究为深部地幔异质性起源提供了统一的理论框架，连通了核幔相互作用与地表火山活动的地球化学信号。