□记者 邢金钰
　　通讯员 孙艳 报道
　　本报烟台讯 近日，烟台大学物理与电子信息学院科研团队在以“压力驱动的铁氧化还原反转及其对地球深部元素分布的影响”为题，在国际顶级期刊《美国科学院院报》（《PNAS》）发表研究论文。其中，烟台大学物理与电子信息学院王晓丽教授、李建福教授、南洋理工大学冯晓蕾博士为第一作者，加州州立大学北岭分校苗茂生教授、加州大学圣塔芭芭拉分校Matthew G. Jackson教授和南洋理工大学Simon A. T. Redfern教授为通讯作者，烟台大学为第一单位。
　　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元素丰度，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。
　　烟台大学科研团队的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著的氧化还原反转：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。
　　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Si、Ge、As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1eV/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著负相关——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，一个显著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。
　　该研究的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。
　　据悉，《PNAS》(《美国科学院院报》)是国际顶级学术期刊，与《Nature》《Science》《Cell》并称为世界四大名刊，在SCI综合科学类期刊中排名第三位。《PNAS》的影响因子长期保持在9.4以上，最新影响因子达11.205，在JCR多学科科学类别中位列Q1区（前10%），并连续多年被中国科学院评为综合性期刊1区Top期刊。引用与声誉作为全球被引用次数最多的综合学科文献之一，《PNAS》以低自引率和高学术严谨性获得广泛认可，发表难度极高，是科研人员的重要里程碑。