I ricercatori della Ehime University hanno riportato la velocità del suono di MgSiO ₃ Granato majorite fino alla pressione di 18 gigapascal e temperatura fino a 2, 000 Kelvin. I loro risultati portano alla comprensione della composizione minerale della zona di transizione del mantello terrestre (MTZ), che non è stato ancora del tutto chiarito. Questo studio suggerisce che una miscela meccanica di lastre e rocce del mantello, piuttosto che rocce equilibrate, è più probabile che spieghi le osservazioni sismologiche in tutta la MTZ.

I granati di silicato sono importanti minerali che formano le rocce che costituiscono una parte importante della crosta terrestre e del mantello superiore. Esistono molti tipi di granati silicati composti da una varietà di combinazioni di più elementi:silicato, magnesio, alluminio, calcio ecc. Tra i granati silicatici, quelli detti granati maggioritici sono granati arricchiti di silicio che si formano esclusivamente a profondità inferiori a ~300 km, quando i pirosseni, un altro minerale trovato nella crosta terrestre e nel mantello superiore, dissolversi gradualmente in granati da profondità minori. Già nel 2008, uno studio sperimentale pubblicato sulla rivista Natura di Irifune et al. dimostrato che la pirolite, composto da ~40 vol.% di granato maggioritico e ~60 vol.% di olivina (tipi di minerali silicati, (Mg, Fe) ₂ SiO ₄ ), è la composizione rocciosa più rappresentativa a una profondità di ~560 km nella MTZ. C'è, però, ancora qualche polemica per quanto riguarda la parte alta della MTZ, sotto la discontinuità di 410 km, e nella MTZ più profonda, sopra la discontinuità di 660 km, dove i dati di fisica dei minerali non possono spiegare i ripidi gradienti di velocità sismica osservati dagli studi sismici globali.

Diverse ipotesi sono state proposte per spiegare tali discrepanze, tra loro, l'idea di variazioni della composizione chimica nei granati del mantello è cresciuta in popolarità. A causa delle contrastanti differenze nella composizione in massa delle litologie del mantello e della lastra, è probabile che la composizione chimica del granato maggioritico vari sostanzialmente in tutto il mondo, a seconda della storia geologica di ciascuna zona di subduzione. Interpretando tali osservazioni sismiche in termini di composizioni di granati, però, richiede una conoscenza precisa delle proprietà termoelastiche delle estremità in granato in un'ampia gamma di pressioni e temperature.

MgSiO ₃ majorite è il membro finale più significativo della famiglia dei granati majoritici ricchi di silicio e un componente importante dei granati majoritici. La conoscenza delle sue proprietà termoelastiche è quindi di primaria importanza per ricavare con precisione le velocità sismiche del granato maggioritico su un ampio intervallo di pressione, temperatura e composizione chimica. Ma, perché questa fase è stabile solo in un intervallo di pressione ristretto, tra ~16 e 22 GPa, e temperature superiori a ~1800 K, effettuare tali misurazioni è stato impegnativo e quindi le sue velocità del suono ad alta pressione e alta temperatura simultanee non sono mai state determinate.

Nonostante queste difficoltà, i ricercatori di Ehime hanno misurato con successo le velocità longitudinali (VP) e di taglio (VS), così come la densità di MgSiO ₃ maggioranza, fino a 18 GPa e 2, 000 K. Negli esperimenti, Le tecniche a raggi X di sincrotrone sono state combinate con misurazioni ultrasoniche in situ ad alta pressione e temperatura, nell'apparato multi-incudine situato alla linea di luce BL04B1 in SPring-8 (Hyogo, Giappone). Hanno usato una bacchetta sintetica di MgSiO ₃ enstatite, una forma a bassa pressione di MgSiO ₃ , sintetizzare il campione maggioritario ad alta pressione e alta temperatura, da cui hanno misurato direttamente le sue velocità del suono nella pressa multi-incudine.

I risultati dei loro esperimenti hanno mostrato che la majorite ha i moduli di massa e di taglio più piccoli tra quelli dei principali membri terminali del granato alle pressioni e alle temperature dell'MTZ terrestre, suggerendo che è probabile che si verifichi un rammollimento elastico nei granati del mantello quando il contenuto di majorite aumenta con l'aumentare della pressione (con l'andare più in profondità). I risultati prevedono inoltre che le proprietà elastiche di taglio della majorite contenente Ca possono essere più sensibili all'ordinamento/disordine cationico rispetto ad altri granati maggioritici, che potrebbe dare origine a un'ampia varietà di anomalie elastiche di taglio attraverso la trasformazione del granato cubico in granato maggioritico tetragonale in composizioni naturali.

L'aumento del contenuto di majorite nei granati del mantello contribuirebbe a rallentare la lastra subdotta nella parte centrale della MTZ. L'aumento potrebbe anche svolgere un ruolo insieme alla partizione del Fe in olivina/wadsleyite o alla fusione parziale, per interpretare il salto di velocità osservato a 410 km. I cambiamenti compositivi nel granato maggioritico sono, però, improbabile che influiscano sui profili sismici sopra i 660, che sono più soggetti a modifiche dalla comparsa di CaSiO ₃ davemaoite o la partizione del Fe in (Mg, Fe) ₂ SiO ₄ componenti. Questi nuovi dati dovrebbero contribuire notevolmente a tracciare l'esistenza e il riciclaggio della precedente crosta litosferica subdotta e il destino della lastra subdotta nella MTZ terrestre.