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The effect of iron on the sound velocities ofδ-AlOOH up to 135 GPa

Geoscience Frontiers 2021年第2期12卷 937-946页

作者： Xiaowan Su Chaoshuai Zhao Chaojia Lv Yukai Zhuang Nilesh Salke Liangxu Xu Hu Tang Huiyang Gou Xiaohui Yu Qiang Sun Jin Liu School of Earth and Space Sciences Peking UniversityBeijing100871China Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research Beijing100094China Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing100190China

δ-(Al,Fe)OOH is considered to be one of the most important hydrous phases on Earth,remaining stable under the extreme conditions throughout the mantle.The behavior ofδ-(Al,Fe)OOH at high pressure is essential to understanding the deep water cycle.δ-(Al_(0.956)Fe_(0.044))OOH crystals synthesized at 21 GPa and 1473 K were investigated by high-pressure Brillouin light scattering spectroscopy and synchrotron X-ray diffraction up to 135.4 GPa in diamond anvil cells.The incorporation of 5 mol%FeOOH increases the unit-cell volume ofδ-AlOOH by~1%and decreases the shear-wave velocity(VS)by~5%at 20–135 GPa.In particular,the compressional(V_(P))and shear(VS)wave velocities ofδ-(Al_(0.956)Fe_(0.044))OOH are 7%–16%and 10%–24%greater than all the major minerals in the mantle transition zone including wadsleyite,ringwoodite,and majorite.The distinctly high sound velocities ofδ-(Al_(0.956)Fe_(0.044))OOH at 20–25 GPa may contribute to the seismic anomalies observed at~560–680 km depths in the cold and stagnant slab beneath Izu-Bonin and/or Korea.Furthermore,the VS ofδ-(Al_(0.956)Fe_(0.044))OOH is about 10%and 4%–12%lower than iron-bearing bridgmanite Mg_(0.96)Fe_(0.05)Si_(0.99O3)and ferropericlase(Mg_(0.92)Fe_(0.08))O,respectively,under the lowermost mantle conditions,which might partially contribute to the large low-shear-velocity provinces and ultralow velocity zones at the bottom of the lower mantle.

关键词： deep water cycle Fe-bearing delta phase Seismic anomalies High pressure

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