Science Advances在线发表我院行星科学国际研究中心重要研究成果

近日，我院行星科学国际研究中心珠峰人才尹坤在国际综合性学术期刊《Science Advances》（《科学-进展》）上发表题为“Davemaoite as the mantle mineral with the highest melting temperature”（毛钙硅石——熔化温度最高的地幔矿物）的最新研究成果，为地幔矿物在高压下的熔化提供了新的数据。

论文第一作者和第一通讯作者为我校行星科学国际研究中心尹坤副研究员，南京大学陆现彩教授为论文的共同通讯作者，南京大学长江讲席学者A.B. Belonoshko教授和国家超级计算成都中心李永辉博士也参与了该项研究。该项研究工作得到了国家自然科学基金委员会、瑞典研究会等机构的资助，其中数值模拟工作主要在国家超级计算成都中心、南京大学高性能计算中心以及瑞典国家计算中心等超算平台完成。

（戳图阅读论文原文https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj2660）

毛钙硅石的成分是硅酸钙（CaSiO3），科学家普遍认为它是地幔里的第三大矿物，仅次于布里奇曼石和铁方镁石。根据推测，其含量约占整个下地幔体积的5-10%，在俯冲洋壳中的含量甚至高达30%。因此，作为组成硅酸盐地幔的主要矿物之一，厘定毛钙硅石的熔化温度对于研究类地行星内部的组成、结构与演化具有重要的启示意义。

毛钙硅石在常温常压环境下不能稳定存在，当压力卸载以后它会退变为无定形结构，这使得毛钙硅石的实验研究非常困难。另外，在高温下毛钙硅石晶体的原子振动具有强烈的非简谐效应，使用常规的理论计算方法不能很好地处理这种矿物。鉴于这些原因，目前已有的研究结果关于毛钙硅石的熔化温度存在着巨大的争议。为了尝试解决上述问题，本研究利用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学方法获取了毛钙硅石在高达136万倍大气压——相当于地球核幔边界的压力——下的熔化温度，并且用机器学习方法构建了经验力场，对第一性原理模拟的结果进行了验证。结果显示，毛钙硅石在核幔边界的熔化温度高达7700±150 K，比太阳表面的温度（约5500-6000 K）还要高近两千度，远远高于前人低压下实验研究结果的外推值。

布里奇曼石和毛钙硅石的熔化曲线

本研究所得到的毛钙硅石熔化曲线的理论预测结果还有待进一步的实验检验。如果毛钙硅石的熔点确实像本研究预测的这么高，那么前人研究的推测值就明显地低估了毛钙硅石的熔点，则之前关于地球内部物质演化的很多模型都需要改写。毛钙硅石在地球内部极其难熔这一特性的发现对于研究早期岩浆洋的演化过程以及现今固体地幔岩石的流变学行为等都将具有重要影响。

论文引用信息（*为通讯作者）

Kun Yin*,Anatoly B. Belonoshko, Yonghui Li, Xiancai Lu*, Davemaoite as the mantle mineral with the highest melting temperature.Sci. Adv.9,eadj2660(2023).DOI:10.1126/sciadv.adj2660

成都理工大学行星科学国际研究中心成立于2020年，建设了我国第一个“行星科学”本科专业。中心成立至今已形成了天体化学、行星增生动力学、早期地球等国内优势研究方向。2022年10月，行星中心与国家超级计算成都中心签署战略合作协议，成立了“行星与超算联合实验室”，旨在通过超级计算机技术为行星科学提供强大的计算和模拟能力，帮助科学家们深入研究行星系统的形成、演化和性质等问题，推动行星科学的发展。

《科学-进展》（Science Advances）是Nature Index和中科院分区一区期刊（2022年影响因子13.6），国际顶级学术期刊《科学》杂志旗下子刊，2015年创刊，由美国科学促进会（AAAS）出版，是一本综合性学术期刊，在各个领域都有很高的认可度。