摘要
地震研究在核幔边界(CMB)发现了精细尺度异常，如超低速度带(ULVZs)。1，2还有核心刚性区3.，4．ulvz被认为是与地幔相关的过程5，6，7，8，9，10但对可能的核源却知之甚少。轻质元素在外核的沉淀被提出来解释核心刚性区3.但目前还不清楚是什么过程导致了这样的降水。尽管它对外核很重要11， Fe-Si-H在相应压力-温度条件下的熔化行为还不清楚。本文报道了在125 GPa和3700 K的氢存在下，用激光加热的金刚石砧槽观察到Fe-9wt %Si熔体的B2 FeSi结晶。氢极大地增加了B2晶体中Si的浓度，使其摩尔比达到Si:Fe≈1，而氢大部分停留在共存的Fe液中。B2相中的高Si含量使其在最外层的核心温度下稳定地以固体形式存在，并且密度小于周围的液体。因此，在CMB界面下方可以形成、漂浮和沉积富硅晶体，这很好地解释了岩心侧刚性异常3.，4．如果少量FeSi晶体能被地幔吸收，它们将在CMB上方形成密集的低速结构，这可能是一些ulvz的原因10．最外层核H促进的B2 FeSi降水为CMB的两类异常提供了单一的核驱动来源。这种情况也可以解释大洋岛屿玄武岩中类似核的钨同位素特征12，物质与沉淀物平衡后，被与ULVZs相连的地幔柱夹带到最上层地幔。
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确认
我们感谢E. J. Garnero和M. Li的讨论。这项工作得到了美国国家科学基金会天文科学(AST200567)和美国国家科学基金会地球科学(EAR1921298)的支持。我们感谢GeoSoilEnviroCARS(芝加哥大学，13区)对同步加速器实验的支持。GeoSoilEnviroCARS由美国国家科学基金会-地球科学(EAR-1634415)支持。这项研究使用了先进光子源的资源，这是美国能源部(DOE)科学办公室的一个用户设施，由阿贡国家实验室根据合同编号为DOE科学办公室运营。DE-AC02-06CH11357。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
S.F.和s.h.s.构思了这个项目，S.F.、s.c.、V.B.P.和s.h.s.进行了同步加速器实验，S.F.分析了实验结果，S.F.和s.h.s.撰写了手稿。所有作者都审阅了手稿。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1本研究中使用的实验装置示意图。
上面和下面的图分别显示了在H作为介质的情况下，装有Fe-9wt%Si合金箔的DAC的侧面和俯视图。斜角钻石与120-µM内片和300-µm外斜角在100gpa以上。压缩箔的初始厚度小于7µm.在这种情况下，加载的H可以穿透压缩的样品箔并存在于晶界之间。
图2在含氢介质中以72.2 GPa加热Fe-9wt%Si之前和期间测量的x射线衍射图。
当温度低于1491 K时，未观察到熔化现象。2150 K时出现富Si (Si:Fe的摩尔比≈1)B2相。垂直刻度表示所识别相位的峰值位置。入射x射线束的波长为0.3344 Å。
扩展数据图4压力标准负载金的代表性x射线衍射图。
我们提供了在含氢介质中以121.6 GPa激光加热Fe-9wt%Si合金前后测量的图形。给出了Au的米勒指数，“Re”表示来自垫片的弱峰。黄金被故意加载在样品室内的垫片附近，以避免与样品箔直接接触。由于这种设置，晶粒靠近衬垫，这可能导致从Re衬垫检测到微弱的衍射线。Au在我们的实验中没有被加热。Au的衍射峰在加热前后没有任何变化，我们没有发现任何金氢化的迹象。入射x射线束的波长为0.3344 Å。
补充信息
权利和权限
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关于本文
引用本文
傅，S.， Chariton, S.， Prakapenka, V.B.et al。地球核幔边界地震速度异常的地核起源。自然(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-023-05713-5
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