P-3 型水镁石 [Mg(OH)2] 中高压高温质子迁移：对深部地幔电导率的启示
材料科学
2023-09-12 v1 地球物理
摘要
含水矿物对水向地球地幔的传输与分布贡献巨大，从而调节深水流循环过程。水镁石属于 MgO-SiO2-H2O 三元体系中最简单的层状致密含水矿物之一，其以 OH- 基团形式含有大量水，且具有宽泛的压力稳定范围。同时，水镁石层状结构内由压力（p）和温度（T）诱导的质子迁移对的地幔电导率具有重要影响。利用第一性原理分子动力学（AIMD）模拟，我们在与地球地幔相关的 10–85 GPa 和 1250–2000 K 联合 p-T 范围内，研究了高压三方 P-3 多形体水镁石中 H 的扩散。AIMD 模拟揭示了水镁石中质子迁移反常的压力依赖性，表现为沿不同等温线在 72–76 GPa 压力范围内 H 扩散最大。我们预测，在 P-3 水镁石中，仅当达到临界静水压力时 H 迁移才开始发生。观测到该起始压力随温度升高而下降。水镁石相在升高 p-T 下的 H 扩散以如下方式进行：该过程导致 H 子晶格非晶化，而不扰动 Mg 和 O 子晶格。这种选择性非晶化产生大量高迁移率质子，从而引起 P-3 水镁石电导率的后续增加。我们计算的电导率值与离位地球物理磁卫星数据对比表明，水镁石在下地幔中的含量可能比以前观测到的更大。该氢氧化物相可作为下地幔主导组分（如硅酸盐和氧化物）间的孤立斑块出现，从而可解释其中高电导率的起源。
引用
@article{arxiv.2309.04759,
title = {High pressure-temperature proton migration in P-3 brucite [Mg(OH)2]: Implication for electrical conductivity in deep mantle},
author = {Sudip Kumar Mondal and Pratik Kumar Das and Nibir Mandal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.04759},
year = {2023}
}
备注
Preliminary draft, 6 figures, presented in Goldschimdt 2023 Conference (Lyon, France), comments are welcome