Fas H är ett vattenhaltigt mineral som anses vara en viktig bärare av vatten till djupa jorden. Vi bestämde dissociationstillståndet för fas H genom en teoretisk beräkning baserad på kvantmekanik. Fas H sönderfaller vid cirka 60 GPa vid 1000 K. Detta indikerar att transporten av vatten med fas H kan avslutas på ett djup av cirka 1, 500 km mitt i nedre manteln.

Förekomsten av vatten på djupa jorden anses spela en viktig roll inom geodynamik, eftersom vatten drastiskt förändrar de fysiska egenskaperna hos mantelberget, såsom smälttemperatur, elektrisk konduktivitet, och reologiska egenskaper. Vatten transporteras till djupa jorden av de vattenhaltiga mineralerna i de subducerande kalla plattorna. Vattenhaltiga mineraler, såsom serpentin, glimmer och lermineraler, innehåller H ₂ O i form av hydroxyl (-OH) i kristallstrukturen. De flesta av de vattenhaltiga mineralerna sönderdelas till vattenfria mineraler och vatten (H ₂ O) när de transporteras till djupa jorden, på 40-100 km djup, på grund av de höga temperatur- och tryckförhållandena.

Dock, det har också rapporterats att vissa vattenhaltiga mineraler, kallas täta vattenhaltiga magnesiumsilikater (DHMS), kan överleva i den djupare delen av jordens inre om subduktionsplattan är betydligt kallare än den omgivande manteln. DHMS är en serie vattenhaltiga mineraler som har hög stabilitet under trycket av djup jordens inre. DHMS kallas också för "alfabetfaser":fas A, fas B, fas D, etc.

Fram till nyligen fas D (kemisk sammansättning:MgSi ₂ O ₆ H ₂ ) var känt för att vara den högsta tryckfasen av DHMS. Dock, Tsuchiya 2013 genomförde en första principberäkning (en teoretisk beräkningsmetod baserad på kvantmekanik) för att undersöka stabiliteten av fas D under tryck och fann att denna fas övergår till en ny fas med en kemisk sammansättning av MgSiO ₄ H ₂ (plus stishovite, en högtrycksform av SiO ₂ , om systemet håller samma kemiska sammansättning) över 40 GPa (GPa =109 Pa). Denna förutsagda fas har experimentellt bekräftats av Nishi et al. 2014 och heter "fas H" (Figur 1). Den teoretiska beräkningen av Tsuchiya 2013 tyder också på att fas H slutligen bryts ner till det vattenfria mineralet MgSiO ₃ genom att släppa H ₂ O genom ytterligare komprimering.

Även om den teoretiska beräkningen uppskattade nedbrytningstrycket för fas H runt mitten av den nedre manteln (från 660 km till 2900 km djup), en detaljerad bestämning har ännu inte uppnåtts, eftersom uppskattningen av Gibbs fria energi för H ₂ O behövdes för att bestämma nedbrytningstrycket för fas H. Gibbs fria energi är en termodynamisk potential som kan bestämma stabiliteten hos ett system. Vid lägre mantelförhållanden, H ₂ O -fas har en kristallstruktur med störda vätepositioner, dvs. vätepositioner är statistiskt fördelade mellan flera olika positioner. För att beräkna det störda tillståndet av väte, Tsuchiya och Umemoto 2019 beräknade flera olika vätepositioner och uppskattade Gibbs fria energi för H ₂ O med en teknik baserad på statistisk mekanik.

Som ett resultat, de uppskattade sönderdelningstrycket för fas H till cirka 62 GPa vid 1000 K, motsvarande ~1500 km djup (Figur 2). Detta resultat indikerar att transporten av vatten genom subduktionsplattan slutar i mitten av den nedre manteln i Mg-Si-O-systemet. Tsuchiya och Umemoto 2019 föreslog också att superionisk is kan stabiliseras genom sönderdelning av fas H i den subducerade plattan. I superionisk is, syreatomer kristalliserar vid gitterpunkter medan väteatomer är fritt rörliga. De kemiska reaktionerna mellan superionisk is och omgivande mineraler har ännu inte identifierats, men hög diffusivitet av väte i superionisk is kan producera reaktioner snabbare än i fast is, men skiljer sig från vatten, vätskefasen av H ₂ O.