I ricercatori dell'Università di Ehime hanno recentemente misurato la velocità di propagazione delle onde ultrasoniche in un minerale idrato ricco di alluminio chiamato Al-fase D a condizioni di pressione rilevanti per il mantello profondo della Terra. I loro risultati suggeriscono che le anomalie di taglio sismico osservate localmente al di sotto delle zone di subduzione possono rivelare la presenza di minerali idrati nel mantello superiore inferiore, che avrebbe importanti implicazioni per l'interno della Terra perché l'idrogeno influenza notevolmente le proprietà fisiche e chimiche dei minerali del mantello.

Da quando Pearson et al. nel 2014 (pubblicato in Natura ), c'è un ritrovato interesse per trovare e caratterizzare il potenziale vettore e ospite dei minerali dell'acqua nelle profondità interne della Terra. Tra i minerali candidati, I silicati di magnesio idrato densi (DHMS) sono considerati portatori d'acqua primari dalla litosfera superficiale alla zona di transizione del mantello profondo (MTZ; 410-660 km di profondità), ma a causa della loro relativa instabilità contro la pressione (P) e la temperatura (T), I DHMS sono stati generalmente associati alla presenza di acqua fino alla parte centrale della MTZ.

Uno studio sperimentale pubblicato anche nel 2014 sulla rivista Geoscienze naturali tuttavia ha mostrato che quando l'alluminio incorpora DHMS, la loro stabilità contro P e T è drasticamente migliorata, permettendo a quei minerali di trasportare e ospitare acqua fino a 1200 km di profondità nel mantello inferiore (Pamato et al., 2014). I loro esperimenti hanno infatti dimostrato che il minerale DHMS contenente alluminio chiamato fase D è probabile che si formi nelle condizioni P e T del mantello inferiore più alto, dalla ricristallizzazione del fuso idrato al confine del mantello e della lastra subdotta. Sebbene questa reazione fosse giustificata da esperimenti di laboratorio, non vi erano misure dirette delle velocità del suono di Al-fase D e quindi era difficile associare la presenza di rocce idrate ricche di Al alle osservazioni sismiche al fondo della MTZ e nel mantello più basso.

I ricercatori di Ehime hanno misurato con successo il longitudinale (V _P ) e taglio (V _S ) velocità, così come la densità di Al-fase D, fino a 22 GPa e 1300 K mediante tecniche di raggi X di sincrotrone combinate con misurazioni ultrasoniche in situ ad alti P e e T, nell'apparato multi-incudine situato alla linea di luce BL04B1 in SPring-8 (Hyogo, Giappone). I risultati dei loro esperimenti hanno fornito una chiara comprensione delle velocità del suono della fase Al D in un ampio intervallo P e T, consentendo di modellare le velocità sismiche delle rocce idrate nelle parti interna ed esterna della lastra subdotta (Immagine 1). Da questi modelli hanno mostrato che la presenza di uno strato idrato ricco di Al che include la fase D di Al, nel mantello più in basso, sarebbe associato a V . negativo _S perturbazioni (-1,5%) mentre il corrispondente V _P le variazioni (-0,5%) rimarrebbero al di sotto del limite di rilevabilità delle tecniche sismologiche. Questi nuovi dati dovrebbero contribuire notevolmente a tracciare l'esistenza e il riciclaggio della precedente crosta litosferica subdotta e, infine, la presenza di acqua nel mantello inferiore della Terra.