硅酸钙钙钛矿(CaSiO3 perovskite, CaPv)是位列布里奇曼石[Mg(Fe)SiO3 perovskite, MgPv], 铁方镁石[Mg(Fe)O]之后的下地幔第三年夜矿物(~6 wt%)，尤其富集于爬升进上天幔的洋中脊玄武岩(mid-ocean ridge basalt, MORB, ~30 wt%)中。为断定富含CaPv的爬升洋壳在地幔中的散布，起首须要明白CaPv的弹性波速特点。这一看似简略的成绩，国际著名的研讨组却先后给出了高于、濒临以及远低于地幔均匀波速的成果[ Stixrude et al.,2007; Kawai and Tsuchiya,2015; Gréaux et al.,2019]，使之成为矿物物理学中一个有名的未解之谜。CaPv跟MgPv同属于包括Si-O八面体的钙钛矿构造，但因为Mg跟Ca离子半径的差别，其晶体构造有很年夜差别。MgPv在其稳固温压范畴内一直处于正交相, CaPv则会随温度回升，从高温下的四方相改变为破方相。Gréaux et al. [2019]初次在小于23GPa跟1700 K的范畴内原位丈量了破方相CaPv的弹性性子，发明其剪切模量远低于 Stixrude et al. [2007]的实践盘算成果(26%)，比 Kawai and Tsuchiya [2015]的盘算成果也要低近17%。实践盘算与试验丈量呈现如斯年夜的差别，对一个不电子强关系的系统是很常见的, 也给断定爬升洋壳在地幔的散布带来了极年夜的不断定性。Thomson et al. [2019]基于CaPv波速试验数据外推发明，下地幔底部的年夜低剪切波速省(large low shear velocity province，LLSVP)可能由富含CaPv的爬升洋壳沉积而成；而 Wang et al.[2020]则从 Kawai and Tsuchiya [2015]盘算失掉的波速动身，以为LLSVP无奈由爬升洋壳形成。处理这些不合，须要对CaPv的波速特点有更为确实的意识。图1. CaPv的四方-破方相改变: (a) 晶格参数 (b)等压热容在18.3GPa随温度的变更关联; (c) 相界限。孙涛-张怀研讨团队采取呆板进修势方式，对CaPv的波速停止了深刻研讨。呆板进修势方式坚持了第一性道理的精度，同时年夜年夜进步了模仿效力跟范围，从而得以察看到后人未能发明的新景象。研讨标明，在平日地幔温压前提下，CaPv的波速与地幔PREM模子非常濒临，难以经由过程地动学观察辨认。 但在对应冷爬升板片鄙人地幔底部的温压前提，CaPv将处于四方-破方相改变的边沿，此时破方相CaPv会表现出激烈的先驱硬化(precursor softening)[ Carpenter and Salje , 1998], 使得其剪切波速明显低于PREM。图2.沿(a)畸形地幔 (b) 冷爬升板片温度梯度的CaPv密度及波速剖面。该项研讨结果不只有助于停息临时以来缭绕CaPv弹性波速特点的争议，还引出了一个意识LLSVP以及地球外部演变的新范式。鉴于绝年夜少数矿物的弹性波速随温度降低而下降，后人始终以为LLSVP的温度高于四周地幔。低温象征着低粘滞度，即LLSVP比拟四周地幔更轻易产生变形，这与现实观察到的LLSVP存在较弱的地动波各向异性相抵触；别的，低温、易变形的LLSVP也难以说明其临时稳固存在以及为何地幔柱多数呈现于其边沿。CaPv先驱硬化效应的发明，标明LLSVP可能由冷爬升洋壳沉积而成。高温、难以变形的LLSVP天然会存在较弱的地动波各向异性。别的，它们还可能像坐落在地幔底部的巨锚一样转变地幔对流形式：热的地幔流遇到高温、难以变形的LLSVP后，沿着其边沿上涌构成地幔柱。这一新范式若能被后续研讨证明，将极年夜地深入人们对地球外部演变机制的意识。该项研讨由中国迷信院年夜学孙涛-张怀研讨团队与英国伦敦年夜学学院John Brodholt教学配合实现, 克日由美国迷信院院报(PNAS)在线宣布(www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410910122 )，国科年夜博士研讨生张驰为论文第一作者。研讨由国度天然迷信基金41972044以及U2239205赞助实现。[db:摘要]
