Circulación de agua en el interior profundo de la Tierra

Determinación de los primeros principios del límite de la fase de disociación de la fase H MgSiO4H2

• Fecha : 19 de agosto de 2019
• Fuente : Universidad de Ehime
• Resumen : Se considera que la existencia de agua en la Tierra profunda desempeña un papel importante en la geodinámica, porque el agua cambia drásticamente las propiedades físicas de la roca del manto, como la temperatura de fusión, la conductividad eléctrica y las propiedades reológicas. El agua transporta el agua a la Tierra profunda.minerales hidratados en las placas frías subductoras. Los minerales hidratados, como serpentina, mica y minerales arcillosos, contienen agua en forma de hidroxilo -OH en la estructura cristalina. La mayoría de los minerales hidratados se descomponen en minerales anhidros y agua cuando estántransportado a la Tierra profunda, a 40-100 km de profundidad, debido a las condiciones de alta temperatura y presión.

Se considera que la existencia de agua en la Tierra profunda desempeña un papel importante en la geodinámica, porque el agua cambia drásticamente las propiedades físicas de la roca del manto, como la temperatura de fusión, la conductividad eléctrica y las propiedades reológicas. El agua transporta el agua a la Tierra profunda.minerales hidratados en las placas frías subductoras. Los minerales hidratados, como serpentina, mica y minerales arcillosos, contienen H ₂ O en forma de hidroxilo -OH en la estructura cristalina. La mayoría de los minerales hidratados se descomponen en minerales anhidros y agua H ₂ O cuando se transportan a la Tierra profunda, a 40-100 km de profundidad, debido a las condiciones de alta temperatura y presión.

Sin embargo, también se ha informado que algunos minerales hidratados, llamados silicatos de magnesio hidratados densos DHMS, pueden sobrevivir en la parte más profunda del interior de la Tierra si la placa de subducción es significativamente más fría que el manto circundante. DHMS es una serie de hidratadosminerales que tienen una alta estabilidad bajo la presión del interior profundo de la Tierra. El DHMS también se conoce como "fases alfabéticas": fase A, fase B, fase D, etc.

Hasta hace poco, se sabía que la fase D composición química: MgSi2O6H2 era la fase de presión más alta de los DHMS. Sin embargo, Tsuchiya 2013 realizó el primer cálculo de principios un método de cálculo teórico basado en la mecánica cuántica para investigar la estabilidad de la fase D bajo presióny descubrió que esta fase se transforma en una nueva fase con una composición química de MgSiO4H2 más stishovita, una forma de alta presión de SiO ₂ , si el sistema mantiene la misma composición química por encima de 40 GPa GPa = 109 Pa.Esta fase predicha ha sido confirmada experimentalmente por Nishi et al.2014 y nombrado como "fase H."El cálculo teórico realizado por Tsuchiya 2013 también sugiere que la fase H finalmente se descompone en el mineral anhidro MgSiO3 al liberar H ₂ O por compresión adicional

Aunque el cálculo teórico estimó la presión de descomposición de la fase H alrededor de la mitad del manto inferior de 660 km a 2900 km de profundidad, aún no se ha logrado una determinación detallada, porque la estimación de la energía libre de Gibbs de H ₂ Se necesitaba O para determinar la presión de descomposición de la fase H. La energía libre de Gibbs es un potencial termodinámico que puede determinar la estabilidad de un sistema. En condiciones de manto inferiores, el H ₂ La fase O tiene una estructura cristalina con posiciones de hidrógeno desordenadas, es decir, las posiciones de hidrógeno se distribuyen estadísticamente entre varias posiciones diferentes. Para calcular el estado desordenado de hidrógeno, Tsuchiya y Umemoto 2019 calcularon varias posiciones de hidrógeno diferentes y estimaron la energía libre de Gibbs deH ₂ O usando una técnica basada en mecánica estadística.

Como resultado, estimaron la presión de descomposición de la fase H en alrededor de 62 GPa a 1000 K, correspondiente a la profundidad de ~ 1500 km. Este resultado indica que el transporte de agua por la placa de subducción termina en el medio del manto inferior enel sistema Mg-Si-O. Tsuchiya y Umemoto 2019 también sugirieron que el hielo superiónico puede estabilizarse mediante la descomposición de la fase H en la placa subducida. En el hielo superiónico, los átomos de oxígeno cristalizan en puntos reticulares, mientras que los átomos de hidrógeno son libremente móviles.Todavía no se han identificado reacciones entre el hielo superiónico y los minerales circundantes, pero la alta difusividad del hidrógeno en el hielo superiónico puede producir reacciones más rápidas que en el hielo sólido, pero diferente del agua, la fase líquida de H ₂ O.

Fuente de la historia :

Materiales proporcionados por Universidad de Ehime . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Jun Tsuchiya, Koichiro Umemoto. Determinación de los primeros principios del límite de la fase de disociación de la fase H MgSiO 4 H 2 . Cartas de investigación geofísica , 2019; DOI: 10.1029 / 2019GL083472