《Nature Geoscience》发表我校王达研究员重要研究成果

近日，国际知名期刊《Nature Geoscience》发表了我校地球与行星科学学院行星科学国际研究中心王达研究员最新研究成果“Potassium-40 isotopic evidence for an extant pre-giant-impact component of Earth’s mantle”，该成果为理解形成月球的大碰撞事件之前的原始地球物质提供了新理论。成都理工大学为该论文的第一完成单位，王达研究员为第一作者和通讯作者，其他作者包括美国麻省理工学院、瑞士苏黎世联邦理工学院Bradley J. Peters、加州大学圣地亚哥分校James M. D. Day、华盛顿卡耐基研究所Steven B. Shirey和Richard W. Carlson。此论文是继2023年王达等人发表在《Science》的钾同位素异常成果后，研究团队在该研究方向上的又一重要突破。

图1 论文首页

行星体的构建物质从何而来是行星科学领域最基础的研究问题之一，而行星地球的组成物质来源仍是一个未解之谜。一般认为不同组群的陨石可以代表太阳系构建行星体的物质材料成分，然而现存陨石的化学成分混合模型却无法完美解释地球的构建物质组成。针对这一问题，王达研究员选择以钾-40同位素作为关键的示踪指标，通过建立高精度的钾同位素异常分析技术，对全球20个具有不同构造背景的地区的代表性样品进行了系统分析。经过精密测定，研究团队取得了令人惊讶的结果：在源自核幔边界超深地幔柱的洋岛玄武岩和年龄超过35亿年的古老镁铁质岩石中，发现了独特的钾-40同位素负异常（ε⁴⁰K=-0.65 ± 0.05），与普通地幔和陨石的成分截然不同。为追溯这一异常信号的根源，研究团队在逐一检验质量分馏定律、放射性衰变常数等多种可能因素后，所有证据最终指向钾-40的负异常最可能是继承了内太阳系的行星构建物质。这表明，在地球深部仍然保留着45亿年之前的“原始遗迹”。该研究更进一步，评估了形成月球的大碰撞事件对地球的重塑作用：通过质量平衡模拟，研究提出在约45亿年前，火星大小的碰撞体（Theia）与原始地球相撞，为地球带来了大量的挥发性元素（其中包含近一半的钾元素）。这意味着大碰撞事件可能对地球后续宜居环境的形成奠定了重要基础。

图2 研究的钾同位素数据

该研究得到国家重点研发计划项目（2024YFF0807504）的资助。

原文信息： Wang, D., Nie, N.X., Peters, B.J. et al. Potassium-40 isotopic evidence for an extant pre-giant-impact component of Earth’s mantle. Nat. Geosci. (2025).

https://doi.org/10.1038/s41561-025-01811-3

文/图 ：王达