赖斯大学一项最新实验研究显示，硫元素可能在水星内部岩浆的形成与演化中发挥关键作用，使这颗行星在相对较低温度下仍能保持部分内部熔融状态，从而影响其地壳和地幔的冷却与固化过程。

利用与水星成分相似陨石开展实验

该研究由赖斯大学行星起源与宜居性空间研究所主任 Rajdeep Dasgupta 教授及其团队完成。研究人员指出，水星表面特征与地球存在显著差异，基于地球经验建立的岩浆演化模型难以直接套用，现有探测任务获取的数据也较难解释。

为在实验室中模拟水星，团队选取了一块名为 Indarch 的陨石作为研究对象。该陨石于 1891 年降落在阿塞拜疆，被认为在化学组成上与水星高度相似，且具有与水星岩石相同的高度还原特征。研究人员将 Indarch 视为水星潜在的“构建块”，据此设计实验配方。

在高压高温实验装置中，团队按照 Indarch 的化学组成配制模型熔体，将其装入小型容器中，在接近水星内部条件的压力、温度和化学环境下加热，使之部分或完全熔融。研究人员表示，这一“烹制”岩石的过程有助于在受控条件下观察类似水星内部的化学变化和岩浆行为。

硫显著降低岩浆结晶温度

通过结合航天器观测和理论模型提供的温度、压力及化学约束条件，研究团队在实验中重建了近似水星内部的环境，用以探讨该行星岩浆的生成与演化机制。

实验结果显示，在高度还原、低铁、高硫的体系中，硫元素会降低玄武质熔体开始结晶的温度。研究人员指出，相比地球上成分相近的岩浆，水星富含硫的岩浆在更低温度下仍可保持熔融状态。

团队将这一现象与水星独特的整体化学组成联系起来：水星铁含量较低，而硫是一种易与其他元素结合的多变元素，在富铁行星（如地球和火星）中，硫主要与铁结合；在水星这类低铁行星上，硫则需要寻找新的结合对象。

研究显示，在水星条件下，硫可以与镁、钙等主要造岩元素结合。在地球环境中，这些造岩元素通常与氧结合，形成由硅、氧及造岩元素构成的稳定硅酸盐网络结构；而当硫部分取代氧的位置后，该网络结构会变得更弱，从而降低熔体的结晶温度。

或影响水星地幔固化方式

论文作者指出，如果 Indarch 确实代表了水星的前行星物质状态，那么实验结果意味着，在水星形成早期，硫很可能在晶体结构中占据了在地球上通常由氧占据的位置，这将从根本上改变水星地幔的冷却和固化路径。

研究团队认为，这一发现为理解水星目前观测到的独特表面化学特征提供了新的视角。同时，相关结果也提示，在研究类地行星时，不能简单以地球为参照，而应更多考虑各行星在不同氧化还原条件和化学组成下的岩浆过程差异。

研究人员还将水星上硫的作用与地球岩浆系统中水或碳的作用进行了类比，认为硫在水星岩浆演化中可能扮演类似的关键角色。

研究发表情况

相关成果已发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。论文题为《硫对高度还原玄武质熔体近液相关系的影响及其对水星岩浆作用的启示》（The effect of sulfur on near-liquidus phase relations of highly reduced basaltic melts and its implications for Mercury magmatism），由 Yishen Zhang 和 Rajdeep Dasgupta 合著，于 2026 年 2 月 26 日在线发表，DOI 为 10.1016/j.gca.2026.02.034。