Superhydrous Phase B单晶的弹性常数

摘要

地球表面存在大量的水.海洋中的水伴随俯冲带下沉,可由含水矿物作为载体被带入到地球内部.2014年,加拿大Pearson在Nature上撰文指出,在巴西Rio Aripuana河东部发现的金刚石包裹体中,发现了含水～1wt.％的林伍德石.该项研究为地幔含水提供了有力证据.如果地幔含水,水的出现会影响地幔矿物的一系列物理性质,如密度、弹性模量、波速、电导率等(Mao et al.,2008b;Mao etal.,2010;Wang et al.,2006).因此,研究水对地幔矿物物理性质的影响,尤其是密度和弹性模量,对寻找地球内部潜在的水富集区、理解地球内部水的迁移过程具有重要意义.在本项研究中，利用大压机合成了高质量的Superhydrous phase B单晶。利用布里渊散射、金刚石对顶砧并结合同步辐射X光衍射，确定Superhydrous phase B的单晶在高压下的弹性模量和密度。首先挑选出两片晶体取向相互垂直的样品，利用金刚石研磨片双面抛光至30 微米厚。这两片不同晶体取向的样片被切割为100×70 微米大小的薄片，放置于配有500 微米直径金刚石的对顶砧中。一片5 微米大小的金属铂片放置于样品晶体边作为压标。实验采用氖作为传压介质。高压试验分别在2.8GPa、5.9GPa、7.4GPa、10.2GPa、12.2 GPa压强下进行。其中，布里渊散射实验的散射角度为50度，并每隔10度旋转样品以获取样品在不同晶体取向的P波和S波波速。每个压强共获得39个速度点。直接观察所得的波速数据发现，二片样品中的一片的Vp和Vs有比较强的各向异性，另一片的Vp和Vs各向异性则比较弱。利用获得的样品波速、X光确定的晶体取向并联合斯托克斯弗尔方程可确定Superhydrous Phase B的单晶弹性模量。利用获得的单晶弹性模量不仅可以用于建立Superhydrous phase B在俯冲板片下沉过程中的速度和密度随深度变化的图像，还可以获得Superhydrous phase B在上地幔深度的波速各向异性。这些结果对在俯冲板片判断Superhydrousphase B的存在性，并理解水在地球内部的输运过程至关重要。