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深下地幔高导电的超离子态
北京高压科学研究中心研究员胡清扬、Duckyoung Kim和刘锦团队利用理论计算和实验相结合的方法 ， 首次发现地球深部的含水矿物——羟基氧化铁（FeO2H）会在约75万个大气压、1500摄氏度以上时进入超离子态 ， 而这个温度和压力范围覆盖了下地幔深部的大部分区域 。 相关工作近期发表于《自然—地球科学》 。
水在极端高温高压条件下会进入超离子态 。 在地球内部高温高压环境下 ， 氢原子能否在复杂的含水矿物晶格中自由流动而形成超离子态？
研究团队首先通过理论计算 ， 发现在超离子态下 ， 自由移动的氢离子会导致FeO2H的电导率在相变点突然增加 。 随后通过高温高压下的电导率测量 ， 发现在100万~121万个大气压下 ， 当FeO2Hx 被加热到1500~1700摄氏度时 ， 其电导率增大了两倍 。 高温促使氢离子像自由电子一样在FeO2晶格中自由移动 ， 从而使电导率急剧增加 。 电导率的突变是超离子态最直接最强有力的证据 ， 因此研究人员认为FeO2Hx 在此温度压力条件下进入了超离子态 。
FeO2H是地幔深部首个被发现的超离子态含水矿物 。 传统认为受制于固体相的高黏性 ， 地幔对流是很慢的 ， 地幔内部活动通常以万年甚至百万年为单位 。 超离子态氢类似于液体 ， 在高温下能进行高速扩散运动 。 它不但能快速传递热能 ， 同时由于氢具有质量 ， 因而也是物质传输的载体 。 这一发现将使得地幔对流速率比以往提升数个数量级 ， 并对于地球内部的物质和能量循环产生巨大改变 。 （采访人员闫洁）
【离子|科学家首次发现地球内部超离子态矿物相】来源：《中国科学报》
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