高温下 Mg(OH)2 静态压缩至 78 GPa 及对流体 H2O 状态方程的约束

利用金刚石对顶砧结合同步辐射 X 射线衍射，测量了水镁石 Mg(OH) 2 在 300 K 下压缩至 35 GPa 以及在 600 K 下压缩至 80 GPa 的静态压缩数据。最小二乘拟合得出 300 K 下的体积模量 K T0 = 54.3(±1.5) GPa 及其压力导数 K′ T0 = 4.7(±0.2)，以及 600 K 下的 K T = 48.8(±1.0) GPa 和 K T ′ = 4.74(±0.12)。假设 K T 与温度呈线性相关，体积模量的温度导数 (∂ K T /∂ K T p 为 −0.018(±0.008) GPa/K。平均热膨胀系数 α 从常压下的 80(±4) × 10 −6 K −1 降低至 80 GPa 下的 10(±6) × 10 −6 K −1。该系数作为压力 P（单位为吉帕）的函数，可表示为 α (K −1 )= 80 × 10 −6 (1 + 0.087 P ) −0.97。Mg(OH) 2 的热膨胀和弹性性质具有高度各向异性，其中具有线热膨胀系数 α c 0 = 59(±4) × 10 −6 K −1 和线不可压缩模量 K c0 = 75(±5) GPa 的 c 轴，其膨胀性和可压缩性均约为具有 α a0 = 11(±3) × 10 −6 K −1 和 K a0 = 388(±10) GPa 的 a 轴的 5 倍。利用本研究建立的 Mg(OH) 2 状态方程以及先前测定的 MgO 和 H 2 O 冰 VII 状态方程，计算了在 H 2 O 冰 VII 稳定场内 Mg(OH) 2 分解为 MgO 和 H 2 O 冰 VII 的分解压力。该平衡边界用于约束超高压下 Mg(OH) 2 的脱水曲线，因为该边界与冰 VII 熔化曲线的交点必为 Mg(OH) 2、MgO 加冰 VII 以及 MgO 加流体 H 2 O 的三相点。计算表明，Mg(OH) 2 与 MgO 加冰 VII 之间的平衡边界在 55(±15) GPa 和 850(±20) K 处与冰 VII 的熔化曲线相交。对冰 VII 熔化曲线的计算表明，源自冲击压缩和分子动力学计算的现有流体 H 2 O 状态方程在超过 50 GPa 的压力下可能高估了流体 H 2 O 的体积。