俯冲板片是连接地表和地球内部的桥梁。近地表的物质可以通过板片的俯冲进入到地球内部中,从而造成地幔化学性质的不均一。由于我们在地表很难直接获取地幔深处的样品,高温高压实验因此成为了解地球内部物质组成和圈层结构最重要的手段之一。本文主要利用金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射、布里渊散射等光谱学技术,研究了刚玉和高压盐冰在高温高压条件下热弹性性质,而这两种物质都因板片的俯冲从而存在于地幔中。研究结果对理解二者在地球内部的地震学信号特征和物质的俯冲命运非常关键。虽然正常地幔中的Al2O3含量只有～4 wt.%,但是俯冲大洋玄武岩和沉积物中的Al2O3含量却分别高达～16 wt.%和～12 wt.%。并且,来自于地幔深处的金刚石包裹体表明地球内部可能存在Al2O3单相。因此,本文在14-153 GPa和300-3400K的温压条件下,系统地研究了刚玉和Rh2O3（Ⅱ）-Al2O3的热力学状态方程。研究结果表明,刚玉和Rh2O3（Ⅱ）-Al2O3在下地幔的密度（ρ）和密度与声波波速比（ρ/VΦ）最小。利用研究结果,本文进一步模拟了斜长岩地壳在10-120 GPa、沿着不同地温曲线的ρ和VΦ。模拟结果表明,当斜长岩地壳和正常地幔的温度相同时,能够保持较高的VΦ顺利俯冲至过渡带底部。正常地幔的密度会因660 km附近的后尖晶石相变发生跃变,从而导致斜长岩地壳在此停滞。只有当斜长岩地壳的温度比周围地幔低500-1000 K时,才能俯冲至下地幔。当斜长地壳比周围地幔冷500 K时,可以俯冲至下地幔1900km深度,因为斜长岩中的石榴石会在25 GPa附近发生分解造成自身密度反超周围地幔。而当其温度比周围地幔温度低1000 K时,可以俯冲至核幔边界。俯冲板片的下沉可以将水输送到地幔中。除了名义上无水矿物中的羟基外,一些较冷的俯冲板片中的含水矿物脱水也可能形成高压冰。并且,高压冰也是冰卫星和冰行星内部的主要物质。为此。本文在4-98 GPa、常温条件下,测量了含盐冰-Ⅶ和冰X的三个独立弹性常数C11、C12和C44。同时,我们还在4-79 GPa、常温条件下测量了盐冰的晶胞体积。测量结果表明,C11和C12在42.4-46 GPa之间会出现“软化”现象,可能对应冰-Ⅶ向动态无序相的转变。并且,我们也在相似的压强范围内观测到了冰的晶胞体积突然降低。在更高压强下,冰-Ⅶ至冰X的相变会造成弹性模量对压强的导数发生明显变化。利用获得的弹性数据,我们进一步模拟了高压冰的速度和速度各向异性,并将计算结果和一些硅酸盐矿物进行对比。与铁方镁石、布里基曼石和毛钙硅石相比,冰-Ⅶ和冰X的速度各向异性更大。虽然冰-Ⅶ的波速低于硅酸盐矿物的波速,但是速度的差距会随着压强的增加而减小,因为冰-Ⅶ的波速随压强的增加增长地更快。沿着920K的温度线,冰X的波速会在80-100 GPa超越硅酸盐的波速。因此,俯冲板片脱水形成的高压冰会形成高波速各向异性、低波速异常区域。体积中等的冰星球内部的冰-Ⅶ层向下方的硅酸盐层过渡时,虽然速度各向异性会突然降低,但是波速会突然增大。体积更大的海洋行星内部可能会存在冰X,而冰X层向硅酸盐层过渡时,会造成速度各向异性和波速同时降低。综上所述,本文确定了刚玉和Rh2O3（Ⅱ）-Al2O3的热力学状态方程,并将结果用于理解古老斜长岩地壳的俯冲命运。除此之外,本篇论文还在4-98 GPa和常温的条件下第一次通过实验确定了冰-Ⅶ和冰X的单晶弹性常数,而高压冰的单晶弹性性质对理解水在地幔中的地震学信号和冰行星、冰卫星内部的圈层结构具有重大意义。