С момента открытия водоносного образца рингвудита, заключенного в сверхглубокий алмаз из Бразилии, Пирсон и др., в 2014 г. (опубликовано в журнале "Nature") наблюдается возрождение интереса к поиску и характеристике потенциальных минералов-переносчиков и хозяев воды в глубоких недрах Земли. Среди минералов-кандидатов плотные водные силикаты магния (DHMS) считаются первичными переносчиками воды из мелкой литосферы в переходную зону глубокой мантии (MTZ; глубина 410-660 км), но из-за их относительной нестабильности к давлению (P) и температуры (Т), ДГМС обычно ассоциировались с наличием воды до средней части МТЗ.
Экспериментальное исследование, опубликованное также в 2014 году в журнале Nature Geoscience, однако, показало, что, когда алюминий включает DHMS, их стабильность по отношению к P и T резко улучшается, что позволяет этим минералам переносить и удерживать воду на глубинах до 1200 км в нижней мантии ( Памато и др., 2014). Их эксперименты действительно показали, что алюминийсодержащий минерал DHMS, называемый Al-фазой D, вероятно, образуется в условиях P и T самой верхней нижней мантии в результате перекристаллизации водного расплава на границе мантии и субдуцированной плиты.
Хотя эта реакция была оправдана лабораторными экспериментами, прямые измерения скорости звука для Al-фазы D не проводились, и поэтому было трудно связать присутствие гидратированных пород, богатых алюминием, с сейсмическими наблюдениями на дне МТЗ и в других местах. самая верхняя нижняя мантия.
Исследователи из Ehime успешно измерили продольную (VP) и поперечную (VS) скорости, а также плотность Al-фазы D до 22 ГПа и 1300 K с помощью методов синхротронного рентгеновского излучения в сочетании с ультразвуковыми измерениями на месте. при высоких значениях P и T, в аппарате с несколькими наковальнями, расположенном на канале BL04B1 в SPring-8 (Хиого, Япония).
Результаты их экспериментов дали четкое представление о скоростях звука Al-фазы D в широком диапазоне P и T, что позволило моделировать сейсмические скорости водосодержащих пород во внутренней и внешней частях субдуцированной плиты (Изображение 1). На основе этих моделей они показали, что присутствие водного слоя, богатого алюминием, включая Al-фазу D, в самой верхней нижней мантии, будет связано с отрицательными возмущениями VS (-1.5%), а соответствующие вариации VP (-0.5%) останется ниже предела обнаружения сейсмологических методов.
Эти новые данные должны в значительной степени способствовать отслеживанию существования и повторного использования бывшей субдуцированной литосферной коры и, в конечном итоге, наличия воды в нижней мантии Земли.