尽管地球表面的四分之三被水覆盖，但地球内部很少存在独立的水或冰。水最常见的单位是羟基，它与宿主矿物结合，使它们成为含水矿物。一个研究小组发现，一种含水矿物出现了一种奇异的超离子相，类似于巨型行星中的水冰。
研究结果发表在《自然·地球科学》杂志上。
团队研究的水合矿物被称为氧化铁-氢氧化物(FeOOH)。通过计算机模拟，FeOOH在大约1700℃和800000倍于正常大气压的温度下发展成超离子相。这样的压力和温度条件表明，地幔的很大一部分可以容纳这种超离子含水矿物。这些深层区域可能存在由超离子相组成的“质子河流”。
在理论预测的指导下，研究小组随后试图通过在金刚石砧座中使用激光加热技术进行高温高压实验来验证这一预测的热FeOOH中超离子相。
团队发现，氧氢键在正常大气压的73000倍以上突然软化，同时氧氢拉曼峰值强度减弱约55%。这些结果表明，一些H+可能从氧离域并变得可移动，从而削弱了氧-氢键，这与模拟结果一致。
研究人员解释说:“在高压和室温条件下，氧氢键的软化和弱化只能被视为超离子态的前兆，因为高温需要增加晶胞以外的迁移率。”
在超离子材料中，会有明显的电导率变化，这是超离子化的有力证据。该小组测量了样品在高温高压条件下的电导率变化。他们观察到电导率在1500-1700℃和正常大气压的121000倍左右突然增加，表明扩散的氢已经覆盖了整个固体样品，因此进入了超离子状态。
研究人员表示，“FeOOH只是深部下地幔中超离子相的第一个例子，最近发现的致密含氢氧化物中的氢很可能也表现出超离子行为。”
编译/前瞻经济学人APP资讯组
论文链接：
http://dx.doi.org/10.1038/s41561-021-00696-2
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