Измерение скорости звука в мажорите в условиях зоны перехода мантии
Исследователи из Университета Эхимэ сообщили о данных по скорости звука в гранате-мажорите MgSiO3 при давлениях до 18 гигапаскалей и температурах до 2000 Кельвинов. Их результаты помогают понять минеральный состав зоны перехода мантии (ЗПМ) Земли, который до сих пор не был полностью изучен. Это исследование предполагает, что сейсмологические наблюдения по всей ЗПМ с большей вероятностью объясняет механическая смесь пород плиты и мантии, а не равновесные породы.
Силикатные гранаты — важные породообразующие минералы, составляющие значительную часть земной коры и верхней мантии. Среди них гранаты, обогащенные кремнием (мажоритовые гранаты), образуются исключительно на глубинах ниже ~300 км. Хотя ещё в 2008 году исследование в журнале Nature показало, что пиролит, состоящий из ~40 об.% мажоритового граната и 60 об.% оливина, является наиболее репрезентативным составом породы на глубинах 560 км в ЗПМ, остаются споры относительно её верхней и нижней частей. Для объяснения расхождений с сейсмическими данными выдвигались гипотезы, в том числе о вариациях химического состава мантийных гранатов. Однако интерпретация таких наблюдений требует точных данных о термоупругих свойствах гранатовых конечных членов, таких как MgSiO3 мажорит.
Из-за того, что эта фаза стабильна лишь в узком диапазоне давлений (16–22 ГПа) и высоких температурах (> 1800 К), такие измерения были сложны. Несмотря на это, учёные успешно измерили продольную (VP) и поперечную (VS) скорости звука, а также плотность MgSiO3 мажорита. В экспериментах использовались синхротронные рентгеновские методы и in situ ультразвуковые измерения при высоких давлении и температуре на прессе с многонаковальнями на линии BL04B1 в SPring-8 (Хёго, Япония).
Результаты показали, что мажорит имеет наименьшие объёмный и сдвиговый модули среди основных гранатовых конечных членов в условиях ЗПМ. Это говорит о том, что при увеличении содержания мажорита с глубиной в мантийных гранатах вероятно упругое разупрочнение. Увеличение содержания мажорита может способствовать замедлению погружающейся плиты в средней части ЗПМ и играть роль в интерпретации скачка скорости на границе 410 км. Эти новые данные должны внести значительный вклад в понимание рециклинга древней океанической коры и судьбы погружающихся плит в зоне перехода мантии Земли.