В журнале «Physics and Chemistry of Minerals» (Web of Science Q2, Scopus Q2, Impact Factor: 1.748) издательства Springer вышла статья «Equations of state of clino‑ and orthoenstatite and phase relations in the MgSiO3 system at pressures up to 12 GPa and high temperatures». Это совместная работа ученых ИТПЗ РАН и ИЗК СО РАН (г. Иркутск) от коллектива авторов Т.С. Соколовой, П.И. Дорогокупца и А.И. Филипповой.
В настоящей статье в рамках оригинальной термодинамической модели на основе свободной энергии Гельмгольца были построены уравнения состояния трех фаз в системе MgSiO3 (клиноэнстатит низкого давления, ортоэнстатит и клиноэнстатит высокого давления) и рассчитан полный набор их термодинамических свойств (энтропия, теплоемкость, модули сжатия, тепловое расширение, энергия Гиббса и др.) при заданных P—T параметрах. Для выполнения расчетов и удобства пользователей в качестве приложения к статье были также представлены открытые рабочие электронные таблицы MS Excel для каждого из минералов. Фазовые соотношения в системе MgSiO3 были получены на основе рассчитанной энергии Гиббса для исследованных фаз, что уточняет другие расчетные данные в условиях верхней мантии при давлениях до 12 ГПа и температурах до 2000 К.
На основе полученных уравнений состояния были рассчитаны скорости изотропных волн сжатия (P) и сдвига (S) для ортоэнстатита и клиноэнстатита высокого давления при различных давлениях. Рассчитанные скачки скоростей P- и S-волн фазового перехода ортоэнстатит → клиноэнстатит высокого давления при давлении ~9 ГПа составляют 0.7% и 5.1%, соответственно, что хорошо согласуется с оценками других авторов (см. рисунок). Рассчитанный скачок плотности этого фазового перехода на глубине ~250 км при давлении 8 ГПа составляет 2.9%. Полученные результаты были совместно использованы нами для обсуждения местоположения известного сейсмического разрыва, называемого «X-discontinuity», на глубинах 250–340 км, который часто связывают с фазовыми границами в энстатите.
Рисунок. Рассчитанные скорости P- и S-волн для ортоэнстатита и клиноэнстатита высокого давления в зависимости от давления при отсчетной температуре (T = 298.15 K). Рассчитанные скачки скоростей P- и S-волн, связанные с фазовым переходом ортостатит → клиностатит высокого давления при давлении ~9 ГПа составляют 0.7% и 5.1% соответственно. Расположение сейсмического разрыва «X-discontinuity» показано серым цветом.
