Theoretical studies on the occurrence mechanism of structural water in the lattice of Bridgmanite minerals at the core-mantle boundary of the Earth
Year: 2025
Type: article
Abstract: 布里奇曼石（Mg-Pv）作为下地幔最丰富的矿物，近年来众多学者讨论了布里奇曼石中结构水的不同取代机制以及它们对于下地幔结构水含量的重要科学意义。核幔边界作为承载着板块俯冲和地幔对流过程的关键区域，探究该区域中结构水在布里奇曼石中不同赋存机制间的相对稳定性将有助于深入理解水在地球深部的含量、分布、迁移和循环规律。本次研究通过第一性原理分子动力学模拟，系统研究了核幔边界温压条件下VMg2H(V′′Mg+2OH·)、VSi4H(V′′′′Si+4OH·)和AlSiH(Al′si+OH·)三种不同的取代机制在布里奇曼石中的相对稳定性。研究结果表明，高压下的三种取代机制中，温度会显著影响AlSiH(Al′si+OH·)取代机制的稳定性，且其稳定性随着温度升高而增加。另一方面，VSi4H(V′′′′Si+4OH·)机制和VMg2H(V′′Mg+2OH·)机制的相对稳定性研究显示，在核幔边界条件下，结构水可能更倾向于以前者的方式取代进入矿物中，即占据矿物晶格中的Si位，但如果核幔边界中Si空位的浓度很低，结构水通过阳离子空位缺陷溶解进入布里奇曼石中的能力也会非常有限。而与之相对的，AlSiH(Al′si+OH·)机制在高温高压下相对较高的稳定性则暗示了核幔边界处富Al的区域很可能具有相当可观的含水量，可能高达约0.5%（质量分数）。另外，布里奇曼石填隙位的分子氢（H2）在下地幔底部的高温高压条件中也可能具有一定程度的稳定性，这为地球内部水赋存的形式和来源带来了一些新的启示。
Source: Acta Mineralogica Sinica
Authors: Lei XIE, Yi WANG, Jiajun JIANG, Feiwu ZHANG
Language: English
Subfield: Geophysics
Field: Earth and Planetary Sciences
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W7106298614