秋本石物理化学性质及地幔转换带动力学意义

The mantle transition zone (MTZ) is most important layer (410-660 km) in the Earth's interior, which has significant geodynamics implications. Akimotoite (high-pressure polymorph of MgSiO3 pyroxene) is an important silicate mineral at the lower MTZ (550-660 km), with quite different properties from the coexisting phases of garnet and ringwoodite. However, the properties and geodynamical contributions of akimotoite are not fully understood. In this study, we propose thorough and profound study on the physical and chemical properties of akimotoite, by combination of Large-volume press and diamond anvil cell：(1) We will study the phase transitions related to akimotoite, on the base of previous experiments for phase transitions in olivine-wadsleyite-ringwoodite, to have a completed understanding of the splitted and complicated 520- and 660-km discontiuities, relating the high-pressure measurements to the seismic observations; (2) We will explore the mechanism of Fe/Al incroporations into akimotoite, and their effects on the properties and geological implications, which has not been reported yet.

地幔转换带（Mantle Transition Zone, 简称 MTZ）是地球结构中的特殊圈层，对地球动力学有着重要意义。秋本石（斜方辉石MgSiO3的高压相）是位于MTZ下部（550至660公里）的一种重要硅酸盐矿物，其物理化学性质与同处于MTZ下部的石榴石和林伍德石有着显著的差异。目前我们对秋本石的研究及其地球动力学贡献的认识有限。本项申请拟利用高温高压实验手段深入研究秋本石的物理化学性质，将大压机与金刚石压腔技术结合起来。主要工作包括如下两方面：（1）在前人研究橄榄石-瓦兹利石-林伍德石体系相变规律的基础上，进一步研究秋本石的相变规律，进一步完善对520km和660km不连续面出现分裂和复杂性的认识。将实验测量与地震观测相结合。（2）探索秋本石中含铁，铝机制，及对其物理性质的影响和地球动力学意义。通过实验手段研究铁铝元素的影响是先前没有报道过的。

地幔转换带（Mantle Transition Zone, 简称 MTZ）是地球结构中的特殊圈层，对地球动力学有着重要意义。秋本石（斜方辉石MgSiO3的高压相）是位于MTZ下部（550至660公里）的一种重要硅酸盐矿物，其物理化学性质与同处于MTZ下部的石榴石和林伍德石有着显著的差异。目前我们对秋本石的研究及其地球动力学贡献的认识有限。本项申请拟利用高温高压实验手段深入研究秋本石的物理化学性质，将大压机与金刚石压腔技术结合起来研究了秋本石的热力学性质，主要工作包括以下两个方面：（1）通过激光加温金刚石压腔结合同步辐射光源，以及大压机实验，我们发现在原生地幔岩体系中，铝可以提高秋本石的稳定温度域，而铁则降低了其稳定温度；（2）通过金刚石压腔结合同步辐射，我们同时测量了秋本石-林伍德石-石榴子石的状态方程，发现秋本石在地幔转换带对应的压力范围内存在相变，可导致体波波速降低，这可能与500公里附近地震不连续面形成有关。同时我们也将结合高温/高压红外和拉曼光谱技术，对上地幔和地幔转换带中，一些可以与秋本石共存的含水矿物及碳酸盐，进行了高温高压振动光谱学测试，通过实验数据约束了非谐效应对其热力学性质的影响。这为我们将秋本石物理化学性质联系起来，综合探索地幔转换带岩石圈层的热力学性质提供了一系列重要参数。