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地球内部究竟藏有多少氧？传统观点认为，硅酸盐岩浆中的氧含量完全由硅、镁、铁等元素的丰度与价态决定，氧本身并不像水和二氧化碳那样被视为可独立溶解、释放的挥发性组分。然而，一项发表于《National Science Review》的研究彻底动摇了这一长期假设。由高压科学与技术高级研究中心（HPSTAR）林彦浩博士与毛河光博士领衔，联合西北工业大学牛海洋教授和阿姆斯特丹自由大学Wim van Westrenen教授组成的团队发现，熔融岩石在极端高压下能够容纳远超化学计量预测的“过量氧”，且这些氧以结构组分而非气泡形式存在。

高压实验揭示岩浆的隐藏储氧能力

研究团队以洋中脊玄武岩的合成样品为对象，利用活塞-圆筒压机和多面顶压机，在常压至7吉帕斯卡（约合地表大气压的69000倍）、1200至1800摄氏度的条件下开展实验。为构建富氧环境，他们在样品中加入氧化铂（PtO₂），随后快速冷却熔体形成玻璃，以保留熔融态的关键特征。通过分析元素组成并扣除水与二氧化碳所携带的氧，研究人员计算出无法由常规化学计量解释的“过量氧”。

结果呈现出鲜明的压力依赖关系：常压下玻璃中几乎检测不到过量氧，而在7吉帕斯卡下，过量氧占样品重量的5%以上；作为对照，未添加氧化铂的同等温压实验仅产生0.2%至0.5%的过量氧。更关键的是，拉曼光谱分析未发现任何氧气泡的信号，表明这些额外氧已融入玻璃网络结构。研究团队还指出，由于冷却过程中部分氧可能逸出，实测值或许低估了岩浆真实的储氧上限。

原子尺度模拟揭示氧的赋存机制

为在原子层面理解这一现象，牛海洋教授主导了深度神经网络（DNN）模拟，其精度接近基于量子力学第一性原理的从头计算。模拟显示，额外氧可持续溶入熔体直至达到进出平衡，且储氧能力随压力升高而增强，与实验观察一致。尽管简化模型（仅含镁、硅、氧）给出的浓度低于实测值——研究者归因于真实玄武岩化学成分更复杂——但模拟揭示了氧原子行为的微妙变化：随着氧含量增加，氧的电荷态趋于多样化，少量氧原子形成过氧键（O–O），这正是熔体容纳超化学计量氧的结构基础。

这种压力依赖行为与水和二氧化碳的溶解规律高度相似，促使作者提出：氧应被重新定义为硅酸盐熔体的独立组分，而非仅作为其他元素的附属配位体。

远古火山或曾为大气“充氧”

该发现引出了一个更具颠覆性的问题：岩浆能否将地球深部的氧输送至地表？研究者勾勒出一条机制链条：在氧化性上地幔区域生成的岩浆，于深部高压下吸收大量过量氧；上升过程中压力骤降，储氧能力随之下降，部分氧被释放，进而提升上地幔、地壳乃至大气的氧化程度。

这一机制或可解释地质史上的一个巧合：约25亿至20亿年前，大气氧含量发生显著上升，而该时期恰与地球上一些最大规模大火成岩省（LIPs）的形成重叠。团队的初步估算显示，若该时期喷发岩浆释放其重量仅0.27%的过量氧，总量理论上即可与当今大气中的全部氧相当。作者强调，这并非证明火山活动实际贡献了如此多的氧，而是说明海量岩浆即使释放极小比例的氧，也足以产生行星级影响。

该研究对早期岩浆洋的演化、火山脱气模型以及系外宜居行星的氧循环研究均具启示意义。尽管天然岩浆实际携带并最终抵达大气的氧量仍待进一步量化，但这项工作提示我们：塑造地球富氧环境的某些关键过程，或许发端于星球深处。