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Effects of Fe and Al incorporations on the bridgmanite–postperovskite coexistence domain - 09/05/19

Doi : 10.1016/j.crte.2018.10.003 
Xianlong Wang a, b, , Taku Tsuchiya c, d, , Zhi Zeng a, b
a Key Laboratory of Materials Physics, Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China 
b University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China 
c Geodynamics Research Center, Ehime University, Ehime 790-8577, Japan 
d Earth-Life Science Institute, Tokyo Institute of Technology, Tokyo 152-8550, Japan 

Corresponding author at: Key Laboratory of Materials Physics, Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China.Key Laboratory of Materials Physics, Institute of Solid State Physics, Chinese Academy of SciencesHefei 230031China⁎⁎Co-corresponding author at: Geodynamics Research Center, Ehime University, Ehime 790-8577, Japan.Geodynamics Research Center, Ehime UniversityEhime 790-8577Japan

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Abstract

The postperovskite phase transition of Fe and Al-bearing MgSiO3 bridgmanite, the most aboundant mineral in the Earth's lower mantle, is believed to be a key to understanding seismological observations in the D″ layer, e.g., the discontinuous changes in seismic wave velocities. Experimentally reported phase transition boundaries of Fe and Al-bearing bridgmanite are currently largely controversial and generally suggest wide two-phase coexistence domains. Theoretical simulations ignoring temperature effects cannot evaluate correctly two-phase coexistence domains under high-temperature. We show high-pressure and high-temperature phase transition boundaries for various compositions with geophysically relevant impurities of Fe2+SiO3, Fe3+Fe3+O3, Fe3+Al3+O3, and Al3+Al3+O3 derived from the ab initio finite-temperature free energies calculated combining the internally consistent LSDA+U method and a lattice dynamics approach. We found that at ∼2500K, incorporations accompanied by Fe3+ expand the two-phase coexistence domains distinctly, implying that D″ seismic discontinuities likely arise from the phase transition of Fe2+-bearing bridgmanite.

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Keywords : Bridgmanite, Postperovskite transition, D″ seismic discontinuities, First-principle simulations



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Vol 351 - N° 2-3

P. 141-146 - février 2019 Retour au numéro
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