Onderzoekers van de Ehime University hebben onlangs de voortplantingssnelheid van ultrasone golven gemeten in een aluminiumrijk waterhoudend mineraal genaamd Al-fase D bij drukomstandigheden die relevant zijn voor de diepe mantel van de aarde. Hun resultaten suggereren dat seismische afschuifafwijkingen die lokaal onder subductiezones worden waargenomen, de aanwezigheid van waterhoudende mineralen in de bovenste onderste mantel kunnen onthullen, wat belangrijke gevolgen zou hebben voor het binnenste van de aarde, omdat waterstof de fysische en chemische eigenschappen van mantelmineralen aanzienlijk beïnvloedt.

Sinds de ontdekking van een waterhoudend ringwoodiet-exemplaar gevangen in een superdiepe diamant uit Brazilië door Pearson et al. in 2014 (gepubliceerd in Natuur ), er is een hernieuwde belangstelling voor het vinden en karakteriseren van de potentiële drager en gastheermineralen van water in het diepe binnenste van de aarde. Onder de kandidaat-mineralen, Dichte waterhoudende magnesiumsilicaten (DHMS's) worden beschouwd als primaire waterdragers van de ondiepe lithosfeer naar de diepe mantelovergangszone (MTZ; 410-660 km diep), maar vanwege hun relatieve instabiliteit tegen druk (P) en temperatuur (T), DHMS's werden over het algemeen geassocieerd met de aanwezigheid van water tot aan het middelste deel van de MTZ.

Een experimenteel onderzoek dat ook in 2014 in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuur Geowetenschappen toonde echter aan dat wanneer aluminium DHMS's bevat, hun stabiliteit tegen P en T is drastisch verbeterd, waardoor die mineralen water kunnen transporteren en opnemen tot een diepte van 1200 km in de onderste mantel (Pamato et al., 2014). Hun experimenten toonden inderdaad aan dat het aluminiumhoudende DHMS-mineraal genaamd Al-fase D zich waarschijnlijk zal vormen bij de P- en T-omstandigheden van de bovenste onderste mantel, van de herkristallisatie van waterhoudende smelt op de grens van de mantel en de verzonken plaat. Hoewel deze reactie gerechtvaardigd werd door laboratoriumexperimenten, er waren geen directe meting van de geluidssnelheden van Al-fase D en daarom was het moeilijk om de aanwezigheid van Al-rijke gehydrateerde rotsen te associëren met de seismische waarnemingen op de bodem van de MTZ en in de bovenste onderste mantel.

De onderzoekers van Ehime hebben met succes de longitudinale (V _P ) en afschuiving (V _S ) snelheden, evenals de dichtheid van Al-fase D, tot 22 GPa en 1300 K door middel van synchrotron-röntgentechnieken gecombineerd met ultrasone metingen in situ bij hoge P en en T, in het multi-aambeeldapparaat op de bundellijn BL04B1 in SPring-8 (Hyogo, Japan). De resultaten van hun experimenten gaven een duidelijk begrip van de geluidssnelheden van Al-fase D onder een breed P- en T-bereik, waardoor de seismische snelheden van waterhoudende rotsen in de binnenste en buitenste delen van de verzonken plaat kunnen worden gemodelleerd (afbeelding 1). Uit deze modellen toonden ze aan dat de aanwezigheid van een Al-rijke waterhoudende laag inclusief Al-fase D, in de bovenste onderste mantel, zou worden geassocieerd met negatieve V _S verstoringen (-1,5%) terwijl de overeenkomstige V _P variaties (-0,5%) zouden onder de detectielimiet van seismologische technieken blijven. Deze nieuwe gegevens zouden in grote mate moeten bijdragen aan het opsporen van het bestaan ​​en de recycling van de voormalige ondergedompelde lithosferische korst en uiteindelijk de aanwezigheid van water in de onderste aardmantel.