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Phase stability and thermal equation of state of δ-AlOOH: Implication for water transportation to the Deep Lower Mantle

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作者
Yunfei Duan,Ningyu Sun,Siheng Wang,Xinyang Li,Xuan Guo,Huaiwei Ni,Vitali B. Prakapenka,Zhu Mao
出处
期刊:Earth and Planetary Science Letters [Elsevier BV]
卷期号:494: 92-98 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.epsl.2018.05.003
摘要

In this study, we present new experimental constraints on the phase stability and thermal equation of state of an important hydrous phase, δ-AlOOH, using synchrotron X-ray diffraction up to 142 GPa and 2500 K. Our experimental results have shown that δ-AlOOH remains stable at the whole mantle pressure–temperature conditions above the D″ layer yet will decompose at the core–mantle boundary because of a dramatic increase in temperature from the silicate mantle to the metallic outer core. At the bottom transition zone and top lower mantle, the formation of δ-AlOOH by the decomposition of phase Egg is associated with a ∼2.1–2.5% increase in density (ρ) and a ∼19.7–20.4% increase in bulk sound velocity (VΦ). The increase in ρ across the phase Egg to δ-AlOOH phase transition can facilitate the subduction of δ-AlOOH to the lower mantle. Compared to major lower-mantle phases, δ-AlOOH has the lowest ρ but greatest VΦ, leading to an anomalous low ρ/VΦ ratio which can help to identify the potential presence of δ-AlOOH in the region. More importantly, water released from the breakdown of δ-AlOOH at the core–mantle boundary could lower the solidus of the pyrolitic mantle to cause partial melting and/or react with Fe in the region to form the low-velocity FeO2Hx phase. The presence of partial melting and/or the accumulation of FeO2Hx phase at the CMB could be the cause for the ultra-low velocity zone. δ-AlOOH is thus an important phase to transport water to the lowermost mantle and helps to understand the origin of the ultra-low velocity zone.
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