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Evidence for a Fe3+-rich pyrolitic lower mantle from (Al,Fe)-bearing bridgmanite elasticity data

机译：从含（Al，Fe）的水辉石弹性数据中获得富含Fe3 +的热解下地幔的证据

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The chemical composition of Earth's lower mantle can be constrained by combining seismological observations with mineral physics elasticity measurements(1-3). However, the lack of laboratory data for Earth's most abundant mineral, (Mg, Fe, Al)(Si, Al, Fe)O-3 bridgmanite (also known as silicate perovskite), has hampered any conclusive result. Here we report single-crystal elasticity data on (Al, Fe)-bearing bridgmanite (Mg0.9Fe0.1Si0.9Al0.1)O-3 measured using high-pressure Brillouin spectroscopy and X-ray diffraction. Our measurements show that the elastic behaviour of (Al, Fe)-bearing bridgmanite is markedly different from the behaviour of the MgSiO3 endmember2,4. We use our data to model seismic wave velocities in the top portion of the lower mantle, assuming a pyrolitic(5) mantle composition and accounting for depth-dependent changes in iron partitioning between bridgmanite and ferropericlase(6,7). We find excellent agreement between our mineral physics predictions and the seismic Preliminary Reference Earth Model(8) down to at least 1,200 kilometres depth, indicating chemical homogeneity of the upper and shallow lower mantle. A high Fe3+/Fe2+ ratio of about two in shallow-lower-mantle bridgmanite is required to match seismic data, implying the presence of metallic iron in an isochemical mantle. Our calculated velocities are in increasingly poor agreement with those of the lower mantle at depths greater than 1,200 kilometres, indicating either a change in bridgmanite cation ordering or a decrease in the ferric iron content of the lower mantle.
机译：通过结合地震观测和矿物物理弹性测量可以限制地球下地幔的化学成分（1-3）。然而，缺乏地球上最丰富的矿物（Mg，Fe，Al）（Si，Al，Fe）O-3桥锰矿（也称为硅酸钙钛矿）的实验室数据阻碍了任何结论性结果。在这里，我们报告了使用高压布里渊光谱和X射线衍射测量的含（Al，Fe）的桥锰矿（Mg0.9Fe0.1Si0.9Al0.1）O-3的单晶弹性数据。我们的测量结果表明，含（Al，Fe）的桥锰矿的弹性行为与MgSiO3末端构件2,4的行为显着不同。我们使用我们的数据对下地幔顶部的地震波速度进行建模，并假设其为火成岩（5）地幔组成，并解释了桥水铁矿和亚铁锰铁矿之间铁分配的深度相关变化（6,7）。我们发现矿物物理预测与地震初步参考地球模型（8）至少相距至少1200公里深度之间有着极好的一致性，这表明上地幔和浅地幔的化学均质性。为了匹配地震数据，需要在浅下地幔布里奇锰矿中获得大约2的高Fe3 + / Fe2 +比，这意味着在等化学地幔中存在金属铁。我们计算出的速度与深度大于1200公里的下地幔的速度越来越差，这表明桥锰矿阳离子顺序的变化或下地幔中铁的含量降低了。

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  • 来源
    《Nature》 |2017年第7646期|543-546|共4页
  • 作者

    Kurnosov A.; Marquardt H.; Frost D. J.; Ballaran T. Boffa; Ziberna L.;

  • 作者单位

    Univ Bayreuth, Bayer Geoinst BGI, D-95440 Bayreuth, Germany;

    Univ Bayreuth, Bayer Geoinst BGI, D-95440 Bayreuth, Germany;

    Univ Bayreuth, Bayer Geoinst BGI, D-95440 Bayreuth, Germany;

    Univ Bayreuth, Bayer Geoinst BGI, D-95440 Bayreuth, Germany;

    Univ Bayreuth, Bayer Geoinst BGI, D-95440 Bayreuth, Germany|Univ Bristol, Sch Earth Sci, Bristol BS8 1RJ, Avon, England;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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