Обнаружение включения водного рингвудита в алмазах с 1,5 мас.% H 2 O дало неопровержимое указание на присутствие воды в глубинной мантии Земли. Была ли эта вода доставлена одной из многочисленных субдуктивных плит, наблюдаемых сейсмологическими исследованиями, или она появилась сразу после кристаллизации земной мантии из магматического океана, и общий баланс воды в недрах Земли до сих пор остается предметом споров. .
Петрологические исследования показали, что вода, присутствующая в недрах мантии , может либо включать в себя существующие минералы, образовывать плотные водные минеральные фазы, либо способствовать частичному плавлению за счет снижения температуры плавления (например, дегидратационного плавления) мантийных пород. Какой процесс является доминирующим, до сих пор не очень хорошо понятно из-за сложности синтеза подходящих водосодержащих минералов для лабораторных измерений, и, следовательно, данных о скорости звука для содержащих воду минералов мало, что ограничивает сравнения с сейсмологическими наблюдениями.
В связи с этим группа исследователей из Университета Эхиме решила исследовать минерал, называемый сверхводной фазой B (SuB), который, как предполагается, является одним из наиболее распространенных плотных содержащих воду минералов и важным месторождением воды в мантии. переходная зона (МТЗ, глубина 410–660 км) и верхняя нижняя мантия (ВЛМ, глубина 660–800 км). В нескольких исследованиях сообщалось о скоростях звука SuB, но их данные были ограничены комнатной температурой , что плохо ограничивало упругость этой фазы в условиях P и T глубокой мантии.
Исследователи из Ehime впервые синтезировали поликристаллическое тело SuB при высоком давлении , используя аппарат с несколькими наковальнями в Исследовательском центре геодинамики. Затем они перевезли свой образец SuB на синхротронную установку SPring-8, расположенную в Хёго (Япония), где они исследовали его скорость звука до 21 ГПа и 900 K с использованием ультразвуковой интерферометрии в сочетании с методами синхротронного рентгеновского излучения на канале BL04B1.
Результаты их экспериментов показали, что скорости сжатия (VP) и скорости сдвига (VS) SuB особенно низки по сравнению с другими минералами глубокой мантии. Только мажоритовый гранат, минерал, также исследованный их группой, имеет скорости ниже, чем у SuB при Р- и Т-условиях МТЗ.
На основе своих новых данных они оценили скорости и плотность гипотетической гидратированной мантии, где SuB присутствует в качестве основного водоносителя, и сравнили свои результаты с сухой мантией по профилям холодной и горячей температуры. Из этих моделей они показали, что холодные гидратированные области мантии будут характеризоваться сейсмически обнаруживаемыми отрицательными аномалиями P- и S-волн на разных глубинах в MTZ и ULM, например, наблюдаемыми в холодных зонах субдукции под северо-восточной Японией и Тонгой.
Их результаты также показали, что присутствие гидратированной мантии в ULM может объяснить локальные большие отрицательные P- и S-волны, а также аномалии плотности на глубинах 670–700 км, такие как наблюдаемые ниже 660 км сейсмологическими исследованиями. Эти новые данные должны внести большой вклад в отслеживание существования водоносных пород в глубинной мантии и, в конечном итоге, дать более точные оценки водного баланса нижней мантии Земли.
