1月18日先进的计算机模拟揭示了地球表面深处岩浆的有趣见解

与儒勒·凡尔纳 (Jules Verne) 的经典科幻小说《地心之旅》或电影《地心》不同，人类无法冒险进入地球表面几公里以外的内部。但由于计算机建模的最新进展，由布里斯托大学领导的一个国际研究小组对在地球深处数百公里处发现的岩浆的特性和行为有了新的认识。

该研究表明，地幔(地壳下方的层)中形成的富含水(含水)岩浆(极热的液态岩石)比以前认为的更具浮力和流动性。这一发现使我们能够预测含水岩浆在地球内部的移动方式和位置，这意味着可以更可靠地预测这些领域中的水量，从而进一步了解地球深层水循环。

主要作者、布里斯托大学高级研究员 James Drewitt 博士说：“能够探索我们脚下数百公里的岩浆的性质和特性真的很令人兴奋。虽然以前的知识有限，但人们普遍认为这些富含水的熔岩，称为含水岩浆，比它们上方的固体岩石密度更大，因此会在接近 400 公里的深度形成巨大的岩浆池。

“然而，我们不相信这个理论，因为它依赖于不能代表天然岩浆的化学成分，正如高压实验室实验所知道的那样。我们想确定含水岩浆的特性来模拟它们的行为，它们是如何流动的以及它们在深地幔中形成后去哪里，以更准确地了解与地球的可居住性密切相关的地球深水循环。”

研究人员使用英国国家超级计算服务机构 ARCHER 来模拟温度高达 1600°C 和 250,000 倍大气压的地球上下地幔边界极端条件下岩浆的物理特性。该区域深度为 410-660 公里，被称为过渡带，包含能够储存数个海洋水量的固体岩石。

高含水量意味着过渡带上方和下方的岩石将在低于地幔其他地方的温度下融化，从而形成富水或“含水”岩浆。它们的物理特性，包括密度和粘度——换句话说，它们流动的自由度——一直笼罩在神秘之中，人们对它们的行为方式和最终去向知之甚少。

Drewitt 博士说：“使用先进的计算技术将含水岩浆模拟到原子尺度，我们发现天然含水岩浆比预期的更具浮力和流动性，因此会通过上地幔上升到地表，就像熔岩灯中升起的蜡。

“通过将这些发现纳入全球地幔环流模型，我们发现在地质时间尺度上，含水岩浆中的水从下地幔和中地幔输送到上地幔，导致在地球所有海洋中发现的相似质量的水均匀分布遍及当今地球 的地幔。”

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