Кіріспе
Магний кремниятының жоғары қысым фазасы
Пост-перовскит (pPv) – магний кремниятының (MgSiO3) жоғары қысым фазасы. Ол Жердің тас мантиясының негізгі оксидтік құраушыларынан (MgO және SiO2) тұрады, ал оның тұрақтылығына қатысты қысым мен температура Жер мантиясының ең төменгі бірнеше жүз километрінде кездесуі мүмкін екенін көрсетеді. Пост-перовскит фазасы D″ қабатына әсер етеді, ол пластиналар тектоникасына жауапты мантиядағы конвективті араласуға ықпал етеді. Пост-перовскиттің кристалдық құрылымы синтетикалық қатты қосылыс CaIrO3 сияқты, сондықтан әдебиетте оны "CaIrO3 типті MgSiO3 фазасы" деп атайды. Пост-перовскиттің кристалл жүйесі орторомбтық, кеңістіктік тобы Cmcm, ал құрылымы b ось бойымен жиналған SiO6 октаэдрлі қабаттардан тұрады. "Пост-перовскит" атауы силикатты перовскиттен шыққан, ол Жер мантиясының көп бөлігінде MgSiO3-тың тұрақты фазасы болып табылады және перовскит құрылымына ие. "Пост" префиксі қысымның артуымен (және тарихи тұрғыдан жоғары қысымды минералдық физиканың дамуымен) перовскит құрылымды MgSiO3-тан кейін пайда болатындығын көрсетеді. Жер бетіне жақын мантияның жоғары қысымдарында MgSiO3 силикатты минерал энстатит түрінде сақталады, ол пироксен тобына жататын және жер қыртысының магмалық және метаморфтық жыныстарында кездесетін минерал.
Post perovskite (pPv) is a high pressure phase of magnesium silicate (MgSiO3). It is composed of the prime oxide constituents of the Earth's rocky mantle (MgO and SiO2), and its pressure and temperature for stability imply that it is likely to occur in portions of the lowermost few hundred km of Earth's mantle. The post perovskite phase has implications for the D′′ layer, which influences the convective mixing in the mantle responsible for plate tectonics. Post perovskite has the same crystal structure as the synthetic solid compound CaIrO3, and is often referred to as the "CaIrO3 type phase of MgSiO3" in the literature. The crystal system of post perovskite is orthorhombic, its space group is Cmcm, and its structure is a stacked SiO6 octahedral sheet along the b axis. The name "post perovskite" derives from silicate perovskite, the stable phase of MgSiO3 throughout most of Earth's mantle, which has the perovskite structure. The prefix "post " refers to the fact that it occurs after perovskite structured MgSiO3 as pressure increases (and historically, the progression of high pressure mineral physics). At upper mantle pressures, nearest Earth's surface, MgSiO3 persists as the silicate mineral enstatite, a pyroxene rock forming mineral found in igneous and metamorphic rocks of the crust.
Тарих
MgSiO3 фазасының CaIrO3 типті фазасы 2004 жылы Токио технология институтының тобы, сондай-ақ Швейцарияның Федералды технология институтының (ETH Цюрих) және Жапонияның теңіз Жер ғылымдары мен технологиясы агенттігінің зерттеушілері лазерлік қыздырылған алмаздық амуралы жасуша (LHDAC) әдісін қолдана отырып, тәуелсіз түрде анықталды. Бұл зерттеушілер кванттық-механикалық симуляциялар мен LHDAC эксперименттерін бірге қолданды. TIT тобының мақаласы Science журналында жарияланды. Ал ETH/JAMSTEC бірлескен мақаласы мен TIT тобының екінші мақаласы екі айдан кейін Nature журналында жарияланды. Бұл бірдей уақытта жасалған ашылуға дейін С. Оно Fe2O3-та дәл осындай құрылысқа ие, ұқсас фазаны эксперименттік жолмен ашқан болатын.
Физикалық қасиеттері
Перовскиттен кейінгі қабатты құрылым b осінің қысылуын a немесе c осіне қарағанда жоғары етеді. Бұл анизотропия (010) жазықтығына параллель жапырақты кристалл түрінің пайда болуына әкелуі мүмкін; D" аймағында байқалатын сейсмикалық анизотропия осы ерекшеліктермен сапалық (бірақ сандық емес) тұрғысынан түсіндірілуі мүмкін. Теория бойынша, (110) сырғанағы ерекше қолайлы үйілу қателіктерімен байланысты және кейінірек жүргізілген тәжірибелерде расталды. Кейбір теоретиктер басқа сырғанақ жүйелерін болжады, олар тәжірибелік растауды күтуде. 2005 және 2006 жылдары Оно мен Оганов постперовскиттің жоғары электр өткізгіштігіне ие болуы керек екенін болжайтын екі мақала жариялады, бұл перовскиттің өткізгіштігінен шамамен екі ретке жоғары болуы мүмкін. 2008 жылы Хирозе тобы осы болжамды растайтын тәжірибелік есеп жариялады. Жоғары өткізгіштігі бар постперовскит қабаты күнің ұзақтығының он жылдық өзгерістерін түсіндіруге мүмкіндік береді.
Химиялық қасиеттері
Перовскиттен кейінгі фазалық ауысу үшін толыққанды сипатталуы қажет тағы бір маңызды фактор – Жердің ең төменгі мантиясында қандай да бір деңгейде кездесетін басқа химиялық компоненттердің ықпалы. Фазалық ауысу қысымы (бұл жүйеде екі фазалық циклмен анықталады) бастапқыда FeO мөлшерінің артуымен төмендейді деп есептелген, бірақ кейбір жаңа тәжірибелер оның керісінше екенін көрсетеді. Дегенмен, Fe2O3-тің әсері маңыздырақ болуы мүмкін, себебі перовскиттен кейінгі фазадағы темірдің көп бөлігі үш валентті (темір(III)) күйде болады. Al2O3 немесе күшті тотыққан Fe2O3 сияқты компоненттер де фазалық ауысу қысымына әсер етеді және бір-бірімен күшті өзара әрекеттесуге қабілетті. Жердің ең төменгі мантиясындағы химиялық құрамының өзгеруі перовскиттен кейінгі фазалық ауысудың болу мүмкіндігін (сонымен қатар кез келген байланысты үзілістерді) термикалық және химиялық тұрғыдан өзгерту мәселесін тудырады.
Қорытынды
Перовскит / постперовскит фазалық ауысуы бойынша тәжірибелік және теориялық жұмыстар жалғасуда, бірақ осы фазалық ауысудың көптеген маңызды ерекшеліктері әлі де толық анықталмаған. Мысалы, температураның артуымен фазалық ауысу қысымының өсуін сипаттайтын Клэперон еңісі (Клаузиус-Клэперон қатынасы арқылы сипатталады) Жер мантиясындағы басқа қатты-қатты фазалық ауысулармен салыстырғанда салыстырмалы түрде жоғары екені белгілі, алайда тәжірибелік жолмен анықталған мәні шамамен 5 МПа/К-тан 13 МПа/К-қа дейін ауыспайды. Ab initio есептеулер 7,5 МПа/К мен 9,6 МПа/К аралығын көрсетеді және қазіргі таңда ең сенімді бағалаулар болып табылады. Тәжірибелік бағалаулар арасындағы айырмашылықтың басты себебі – алмаздық күректік ұяшық эксперименттерінде қысым стандарты ретінде әртүрлі материалдар қолданылуы. Қысым стандартының жақсы сипатталған күй теңдеуі, оның жоғары энергиялы синхротронмен тудырылған рентгендік дифракциялық суретімен (эксперименттік үлгі материалымен қосылған) біріктірілгенде, эксперименттің қысым-температура жағдайлары туралы мәліметтер береді. Дегенмен, осы шектен тыс қысымдар мен температуралар тәжірибеде жеткілікті зерттелмегендіктен, көптеген танымал қысым стандарттарының күй теңдеулері әлі де толық сипатталмаған және көбінесе әртүрлі нәтижелерге әкеледі. LHDAC эксперименттеріндегі тағы бір белгісіздік көзі – қысым стандартының күй теңдеуінен қысымды алу үшін қажетті үлгінің жылу сәулесінен температураны өлшеу. Лазерлік қыздыру эксперименттерінде мұндай жоғары қысымда (1 миллион атмосферадан астам) үлгілердің мөлшері шағын болады және температураны бағалау үшін көптеген жуықтаулар (мысалы, сұр дене) қажет.