地球内部的元素组成与分布，记录着星球形成与演化的关键信息。长期以来，科学家们发现部分元素在硅酸盐地幔中的含量远低于太阳丰度，传统模型将其归因于元素挥发逃逸或核心封存，但这些解释始终存在争议。
2025年11月10日，99精品视频在线观看物理与电子信息学院王晓丽/李建福教授团队联合国际科研团队在国际顶级期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）上在线发表了重磅研究成果——《Pressure-induced redox reversal of iron and the distribution of elements in deep Earth》，该研究通过大规模第一性原理计算结合CALYPSO结构搜索技术，首次揭示了地球核心高压条件下铁的氧化还原特性反转现象，丰富了传统地球化学认知，为破解地球深部元素分布谜题、探索行星形成演化提供了全新视角。
地球核心压力高达135-367 GPa，极端条件下的元素化学行为难以通过实验直接观测。传统认知多基于常压实验，难以适用于深部环境，导致地球核心轻元素组成、元素亏损机制等关键问题长期悬而未决。研究团队通过系统模拟发现，铁在地球核心高压条件下会发生显着的氧化还原反转：常压下铁作为电子供体（还原剂），而在核心高压环境中，会转变为电子受体（氧化剂），甚至能氧化多种p区元素。这一反转源于高压下电子的重新分布——铁的3d轨道能量降低，电子从p区元素向铁转移，使铁的化学性质发生根本性改变。此外，研究还发现高压大幅增强了其与多数p区元素的结合强度。常压下与铁结合松散的厂颈、骋别、础蝉等元素，在核心压力下能形成稳定化合物，部分结合强度提升超过1 eV /原子。更关键的是，研究发现硅酸盐地幔中p区元素的亏损程度，与它们和铁的结合强度呈显着负相关——结合越强的元素，亏损程度反而越低。这一发现直接挑战了“核心封存导致元素亏损”的传统模型，表明元素挥发性可能是更核心的控制因素。
此外，一个显着的突破是发现了硅与铁结合的独特异常性。随着压力升高，铁-硅键的强度增幅远超其他元素组合，在250 GPa时甚至超过铁-氧键，使硅成为典型的亲铁元素。这一特性暗示硅可能是地球核心中关键的轻元素成分，不仅能解释地震学观测到的核心密度异常（低于纯铁镍合金），还为解决“地幔中镁/硅比值高于球粒陨石”的谜题提供了合理答案。
文章第一作者为王晓丽教授、冯晓蕾博士、李建福教授，通讯作者为苗茂生教授、Matthew G. Jackson教授和Simon A. T. Redfern教授，99精品视频在线观看为第一完成单位。相关工作得到了国家自然科学基金、泰山学者工程、山东省自然科学基金、烟台市省级领军人才配套支持的资助。
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来稿时间：11月18日 审核：刘俞斌 责任编辑：刘运正
