A fase H é um mineral hídrico considerado um importante transportador de água para as profundezas da Terra. Determinamos a condição de dissociação da fase H por um cálculo teórico baseado na mecânica quântica. A fase H se decompõe em aproximadamente 60 GPa a 1000 K. Isso indica que o transporte de água pela fase H pode ser encerrado a uma profundidade de aproximadamente 1, 500 km no meio do manto inferior.

A existência de água nas profundezas da Terra é considerada um papel importante na geodinâmica, porque a água muda drasticamente as propriedades físicas da rocha do manto, como temperatura de fusão, condutividade elétrica, e propriedades reológicas. A água é transportada para as profundezas da Terra pelos minerais hídricos nas placas frias subdutoras. Minerais hidratados, como serpentina, mica e minerais de argila, contém H ₂ O na forma de hidroxila (-OH) na estrutura cristalina. A maioria dos minerais hidratados se decompõe em minerais anidros e água (H ₂ O) quando eles são transportados para dentro da Terra, a 40-100 km de profundidade, devido às condições de alta temperatura e pressão.

Contudo, também foi relatado que alguns minerais hídricos, chamados silicatos de magnésio hidratado denso (DHMSs), pode sobreviver na parte mais profunda do interior da Terra se a placa subdutora for significativamente mais fria do que o manto circundante. DHMS é uma série de minerais hídricos que apresentam alta estabilidade sob a pressão do interior da Terra. DHMS também é conhecido como "fases do alfabeto":fase A, fase B, fase D, etc.

Até recentemente fase D (composição química:MgSi ₂ O ₆ H ₂ ) era conhecida por ser a fase de pressão mais alta dos DHMSs. Contudo, Tsuchiya 2013 conduziu cálculos de primeiros princípios (um método de cálculo teórico baseado na mecânica quântica) para investigar a estabilidade da fase D sob pressão e descobriu que esta fase se transforma em uma nova fase com uma composição química de MgSiO ₄ H ₂ (mais estishovita, uma forma de alta pressão de SiO ₂ , se o sistema mantiver a mesma composição química) acima de 40 GPa (GPa =109 Pa). Esta fase prevista foi confirmada experimentalmente por Nishi et al. 2014 e denominado como "fase H" (Figura 1). O cálculo teórico de Tsuchiya 2013 também sugere que a fase H finalmente se decompõe no mineral anidro MgSiO ₃ liberando H ₂ O por mais compressão.

Embora o cálculo teórico tenha estimado a pressão de decomposição da fase H em torno do meio do manto inferior (de 660 km a 2900 km de profundidade), uma determinação detalhada ainda não foi alcançada, porque a estimativa da energia livre de Gibbs de H ₂ O era necessário para determinar a pressão de decomposição da fase H. A energia livre de Gibbs é um potencial termodinâmico que pode determinar a estabilidade de um sistema. Em condições de manto inferior, o H ₂ A fase O tem uma estrutura cristalina com posições de hidrogênio desordenadas, isto é, as posições de hidrogênio são estatisticamente distribuídas entre várias posições diferentes. Para calcular o estado desordenado do hidrogênio, Tsuchiya e Umemoto 2019 calcularam várias posições diferentes de hidrogênio e estimaram a energia livre de Gibbs de H ₂ O usando uma técnica baseada em mecânica estatística.

Como resultado, eles estimaram a pressão de decomposição da fase H em cerca de 62 GPa a 1000 K, correspondendo à profundidade de ~ 1500 km (Figura 2). Esse resultado indica que o transporte de água pela placa subdutora termina no meio do manto inferior no sistema Mg-Si-O. Tsuchiya e Umemoto 2019 também sugeriram que o gelo superiônico pode ser estabilizado pela decomposição da fase H na placa subduzida. No gelo superiônico, os átomos de oxigênio se cristalizam em pontos da rede, enquanto os átomos de hidrogênio se movem livremente. As reações químicas entre o gelo superiônico e os minerais circundantes ainda não foram identificadas, mas a alta difusividade do hidrogênio no gelo superiônico pode produzir reações mais rápidas do que no gelo sólido, mas diferente da água, a fase líquida de H ₂ O.