中国科大揭示火星核幔分异之谜：远超预期的高温高压环境塑造红色星球

据IT之家12月26日报道，中国科学技术大学的李云国教授团队近日宣布取得了一项重大的科研进展，该项研究成果已在《科学通报》上于12月1日正式发表。

研究小组运用第一性原理的自由能计算方法，揭示了火星的内核与地幔分离（核幔分异）的过程，并发现这一过程发生在远超之前预估的高温高压环境中。这一发现对理解火星的内部结构及其长期演化，以及其他类地行星的演变提供了重要的洞见。

IT之家提醒：核幔分异是类地行星演化过程中规模最大的物质重组，它影响着行星的长期演化模式。准确把握火星的核幔分异过程，对研究火星的形成与演变至关重要，同时也为探讨地球等其他类地行星的演化规律提供了重要借鉴。

自2018年InSight火星探测器成功发射并着陆以来，2019年该探测器首次捕捉到了火星震动信号，研究者结合地球物理与矿物学的方法，首次准确测定了火星内核的大小和状态，并限制了火星内核中轻元素的含量。基于InSight任务获得的低频火星震数据，研究显示火星的液态核心密度较低，且内核中含有显著的氧元素。虽然轻元素的具体含量依然存在不确定性，但结合核幔分布的数据，有望对火星核幔分异过程提供进一步的限制。

过往，科学家主要通过分析火星陨石中中等亲铁元素的含量，推测火星核幔分异的环境条件。然而，由于火星陨石样本稀缺，且火星内核的确切成分尚未明确，导致对这一过程的理解一直饱受局限。

李云国教授团队运用了先进的第一性原理热力学计算，模拟了液态铁与硅酸盐熔体（地幔的主要成分）间氧化铁（FeO）的分配系数。这项研究借助“洞察”号火星探测器提供的最新火星化学组合数据，对火星的核幔分异过程进行了重新评估，并取得了突破性成果。

通过第一性原理热力学计算，该研究成功模拟了液态铁与硅酸盐熔体间氧化铁分配系数，结果与现有低压实验结果基本一致，明确了温度、压力、氧逸度和硫元素对分配行为的影响。

研究小组基于这些成果以及火星的氧化还原状态，对核幔分异的条件进行了约束，发现火星的核幔分异发生在高于2440K的温度与14至22GPa的压力范围内。尽管这些估计值较此前报告有所上升，但与火星陨石中中度亲铁元素的丰度及火星累积模型的研究结果一致。

研究者指出，这项研究不仅修正了关于火星内核形成条件的认知，同时也为未来行星形成模型提供了新的研究视角。

IT之家附带论文链接：

• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927324008788

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