Interfacial-energy-driven ferropericlase rounding leads to bridgmanite-controlled viscosity in the Earth’s lower mantle
实验证据表明，界面能驱动的铁每里克拉斯（ferropericlase）晶粒圆化过程比地幔流诱导的拉伸过程更快，这表明地球下地幔的粘度受较强的布里奇曼石（bridgmanite）相控制，使其比此前假设的高出几个数量级。
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在我们的脚下深处，在任何钻头都无法触及的地方，存在着地球的下地幔。它是一个巨大的、超高温的岩石海洋，在数百万年的时间里极其缓慢地流动，充当着这颗星球的内部引擎。这种慢动作的搅动将热量从地核传导至表面，并带动构造板块移动，塑造了我们的大陆并驱动了火山。为了理解这个引擎是如何运作的，科学家需要了解这种岩石有多“厚”或多“粘”——这种性质被称为黏度。如果岩石非常厚，它就会抵抗运动；如果很薄，它就容易流动。下地幔主要由两种矿物组成：一种是坚硬、刚性的矿物，叫做布里奇曼石（bridgmanite）；另一种是较软、较弱的矿物，叫做铁方镁石（ferropericlase）。长期以来，科学家们一直在争论整个系统是像这种坚硬的矿物一样流动，还是这种软矿物会创造出脆弱、滑溜的高速公路，让整个系统轻易地滑动。这个问题之所以重要，是因为答案会改变我们对地球历史、热量逃逸速度以及为什么有些构造板块停止下沉而另一些则直接坠入地核核心的认知。
一个研究小组现在通过研究这种软矿物在被拉伸时的行为，对这场争论进行了全新的审视。想象一下，你有一团粘稠的太妃糖（软矿物）被困在一块坚硬、刚性的黏土（硬矿物）之中。如果你拉扯这块黏土，太妃糖就会被拉伸成长而细的丝状。在过去，科学家认为在地球漫长的历史中，这些丝状物会拉伸得如此之长，以至于连接在一起形成一个连续的、滑溜的网络，从而使整个岩石流动得更快。然而，这项新研究表明，自然界有一种内置的“自我修正”机制。就像拉伸的橡皮筋想要弹回原状，或者水滴想要变成完美的球体以节省能量一样，被拉伸的太妃糖想要蜷缩回圆球状。研究人员发现，这种“变圆”的过程发生得如此之快，以至于太妃糖根本没有机会形成那些长而滑溜的高速公路。相反，岩石保持着刚性，受控于硬黏土，而不是软太妃糖。
由 Amrita Chakraborti 及其同事领导的团队通过在一台高压机器中模拟深地层的巨大压力和灼热高温（27 吉帕斯卡尔和高达 2000 开尔文的温度）来测试这个想法，以此创造了这些两种矿物的微小样本。他们首先挤压样本，将软的铁方镁石颗粒拉伸成长而细的形状，就像地球的流动在数百万年间所做的那样。然后，他们在高温高压下保持样本，观察接下来会发生什么。他们密切观察，看这些拉伸的颗粒是保持长条状还是会蜷缩回圆球状。
结果非常明确：拉伸的颗粒迅速变圆了。研究人员测量了“变圆”的速度与地球流动拉伸它们的速度之间的关系。他们发现，即使采用非常保守的估计，变圆过程也比拉伸过程快得多。等到这些颗粒可能拉伸到足以连接并形成弱层时，它们已经蜷缩回近乎完美的球体了。事实上，这些颗粒只需要拉伸得比它们的宽度长出一点点——大约 1%——变圆的力量就会接管并阻止它们进一步拉伸。
这一发现表明，“互连弱层”（Interconnected Weak Layer）模型——即预测下地幔更弱且流动更快的模型——很可能是错误的。相反，这项研究支持了“承载框架”（Load-Bearing Framework）模型，即坚硬的布里奇曼石支撑着结构并控制着流动。作者指出，由于软颗粒无法保持拉伸状态，下地幔的有效黏度（粘性）可能比之前认为的要高得多，更接近于坚硬布里奇曼石的水平。这意味着地球的下地幔是一个比早期某些理论提出的更为迟缓、更具阻力的环境。虽然研究人员指出，他们仍需确认压力如何影响更深层水平下的这种变圆现象，但他们的实验提供了强有力的证据，证明表面能就像一个强大的制动器，阻止了软矿物通过创造滑溜的捷径来加速地球内部引擎的运转。
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