地球内部物质组成是理解地球起源、演化与动力学的关键。下地幔是地球内部最重要的圈层之一，深度范围约为660-2900公里，其体积和质量占比高达55%和52%，是地球演化的压舱石。近年来，地震学研究发现在下地幔存在许多尺度不一的异常体，包括大尺度（几百至上千公里）的高速和低速异常体和小尺度（几公里）的散射体(French and Romanowicz, 2015; Kaneshima, 2016)。尤为著名的低速异常体是位于非洲和太平洋板块底下的大型低剪切波速省（LLSVPs）(Ni, 2002)，其横向和径向尺度可达上千公里。这些异常体的成因对理解地球内部结构与物质组成起着关键的作用，是地球科学研究的热点与前沿问题。
和其它类地行星相比，地球具有一个非常独特的特点——板块运动和俯冲。板块可以俯冲至地球深部甚至核幔边界，将洋壳带至地幔深部，从而可能导致下地幔形成化学物质不均一性。由于散射体的尺度与俯冲洋壳的厚度相似，小尺度散射体被认为是俯冲洋壳导致的。关于LLSVPs的物质异常来源，一直以来存在两大假说：俯冲物质的堆积，或早期“原始物质”的残留，具体成因存在巨大争议。解决这些争议的关键是确定俯冲洋壳在下地幔条件下的波速和密度，并制约“原始物质”的物理化学属性。
针对这些问题，我们基于第一性原理计算确定了俯冲洋壳在下地幔温压条件下的波速和密度特征。我们的结果表明在地幔中部观测到的散射体很可能是洋壳，而LLSVPs不可能是洋壳堆积导致的。相反，下地幔高速体很可能反映的是洋壳堆积。排除了俯冲洋壳的可行性，我们进一步探究了地球早期岩浆演化过程中Fe²⁺的歧化分异，并发现LLSVPs很可能是早期岩浆演化残余的富Fe³⁺物质导致的。

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