本文档属于类型b（综述类论文），以下为详细学术报告：

作者及发表信息
本文由Eiji Ohtani（日本东北大学地球科学研究生院）与俄罗斯科学院西伯利亚分院V.S. Sobolev地质与矿物学研究所合作完成，发表于2015年的《Chemical Geology》第418卷（6-15页），主题为深部地幔中含水矿物的水储存机制。

核心观点与论据

1. 含水矿物是水向深部地幔传输的关键载体

• 证据：俯冲板块中的蛇纹石（serpentine）、绿泥石（chlorite）、10 Å相等含水矿物在特定压力-温度条件下稳定，可将水输送至地幔过渡带（transition zone）甚至下地幔（lower mantle）。
  
• 子观点：
  
  • 过渡带矿物瓦兹利石（wadsleyite）和林伍德石（ringwoodite）因高水溶解度（最高2-3 wt.%）成为重要储水层。
    
  • 超深钻石中发现的含水林伍德石包裹体（Pearson et al., 2014）证实过渡带局部存在富水区域。
    

2. 新含水矿物Phase H-δ固溶体的发现与意义

• 证据：
  
  • Phase H（MgSiO₂(OH)₂）与等结构的Phase δ-AlOOH形成固溶体，稳定存在于下地幔压力条件下（Ohira et al., 2014）。
    
  • 实验表明，该固溶体可通过氢键对称化（hydrogen bond symmetrization）增强弹性模量，使其地震波速与周围地幔矿物相近，从而“隐形”储存水分。
    
• 意义：解释了为何下地幔含水但未观测到明显低速异常。
  

3. 地幔过渡带的水循环与地球物理证据

• 地球化学模型：Peacock（1990）估算每年通过俯冲进入深地幔的水通量约6.7×10¹¹ kg，但Wallace（2005）认为弧火山脱气与俯冲输入可能平衡。
  
• 地球物理支持：
  
  • 地震层析显示俯冲板块可穿透至核幔边界（CMB），携带水分至超低速带（ULVZ）（Fukao et al., 2001）。
    
  • 电导率数据表明过渡带水含量存在区域性差异，俯冲带下方更富水（Yoshino, 2010）。
    

4. 含水矿物对地幔动力学的影响

• 效应：
  
  • 水降低矿物粘度（水解弱化，hydrolytic weakening），促进地幔对流与板块运动（Mei & Kohlstedt, 2000）。
    
  • 水改变相边界位置，如橄榄石-瓦兹利石转变压力（Litasov et al., 2005）。
    
• 实验支持：含水林伍德石在660 km不连续面脱水熔融（Schmandt et al., 2014），可能形成局部熔融层。
  

5. 水向地核迁移的潜在机制

• 反应实验：Phase δ-AlOOH与Fe-Ni合金在核幔边界条件下反应生成Fe-Ni氢化物（Terasaki et al., 2012），表明水可能以氢形式进入地核。
  
• 限制：尽管俯冲输送的水量有限（约0.01 wt.%），但早期地球核形成过程可能贡献更多氢（Okuchi, 1997）。
  

论文价值与意义
1. 理论贡献：系统整合了含水矿物在地幔中的分布、稳定性和传输机制，提出Phase H-δ固溶体作为下地幔关键储水相的新模型。
2. 方法创新：结合高压实验（如金刚石压砧）、晶体结构分析（如中子衍射）与第一性原理计算，验证氢键对称化对矿物物理性质的影响。
3. 应用前景：为解释地球深部水循环、地幔对流不均一性及核幔边界超低速带成因提供了统一框架。

亮点总结
- 突破性发现：首次证实Phase H-δ固溶体可携带水至下地幔且地震“不可见”。
- 多学科交叉：融合矿物学、地球物理与计算模拟，揭示水对深部地幔动力学的调控作用。
- 争议解决：调和了地幔电导率异常与地震波速观测之间的矛盾，提出水分布高度不均一的模型。