高温高圧下におけるコマチアイトマグマの粘度および密度測定

• Project/Area Number: 15740312
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鈴木 昭夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20281975)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2003: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 高圧 / マグマ / 粘度 / 放射光 / X線影像落球法 / マントル / コマチアイト / SPring-8

Research Abstract

コマチアイトマグマは数GPa程度の圧力に相当する深さで生じ、そこから地表へ噴出したと考えられている。本研究においては、コマチアイトマグマなどの超塩基性珪酸塩融体の密度をマントル遷移層の深さに相当する圧力下までの測定に成功した。実験には我々が手法を確立した結晶浮沈法を用いた。その結果、マントル遷移層ではコマチアイトマグマは、マグマと共存するガーネットの密度と等しくなることが示された。このことは、マグマが分離するための条件を規定する上で、極めて重要な重要な結果といえる。
一方、粘度測定に関しては、無水コマチアイトマグマの粘度を7GPaまでの圧力下で測定することに成功した。実験にはX線影像落球法を用いた。これに際しては、高速X線CCDカメラを使用することにより、低粘度融体の測定を可能とした。実験の結果、溶融温度に沿った温度圧力条件におけるコマチアイトマグマの粘度は、圧力の増加とともに増加することが示された。このことは、低圧側ほどマグマは流動性に富むことを意味しており、これを踏まえたマグマの生成・噴出モデルを考える必要がある。さらに、コマチアイトの主要端成分であるdiopside組成融体の粘度測定を13GPaという超高圧下で行った。これは、現在のところもっとも高温高圧力下での測定記録となっている。このdiopside融体に関する実験の結果、粘度は始め圧力の増加とともに増加するが、10GPaを超えた辺りで減少に転ずることが示された。これは、先に行われた拡散係数測定からの推測とは調和的である。しかしながら、diopside融体のような非重合性融体では圧力の増加とともに粘度が単調に増加するという、従来の推測とは矛盾するため、コマチアイトマグマなどを用いて、より詳細な物性測定や構造解析などを行うことの重要性が増すこととなった。

Research Products

• [Journal Article] Viscosity of silicate melts in CaMgSi_2O_6-NaAlSi_2O_6 system at high pressure (2005)
  • Author(s): Suzuki, A., Ohtani, E., Terasaki, H., Funakoshi, K.
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals 32(In press)
  • NAID: 10019866051
• [Journal Article] Viscosity of liquid sulfur under high pressure (2004)
  • Author(s): Terasaki, H., Kato, T., Funakoshi, K., Suzuki, A.et al.
  • Journal Title: Journal of Physics : Condensed Matter 16 Pages: 1707-1714
• [Journal Article] Space group and hydrogen sites of δ-AlOOH and implications fora hypotheticl high-pressure form of Mg(OH)_2 (2004)
  • Author(s): Kudoh, Y., Kuribayashi, T., Suzuki, A., Ohtani, E., et al.
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals 31 Pages: 360-364
• [Journal Article] Absence of density crossover between basalt and peridotite in the cold slabs passing through 660 km discontinuity (2004)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E., Suzuki, A., Kawazoe, T., et al.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters 31
• [Book] Viscosity and Density measurements of melts and glasses at high pressure and temperature by using the multianvil apparatus and Synchrotron X-ray Radiation (2005)
  • Author(s): Ohtani, E., Suzuki, A., Ando, R., Urakawa, S., et al.
  • Publisher: Elsevier Science, Amsterdam(In press)
• [Publications] Suzuki, A., Ohtani, E.: "Density of peridotite melts at high pressure"Phys.Chem.Minerals.. 30. 449-456 (2003)
• [Publications] Reid, J.E., Poe, B.T., Rubie, D.C., Suzuki, A., Ohtani, E., et al.: "The viscosity of CaMgSi2O6 liquid at pressures up to 13 GPa."Phys.Earth Planet.Inter.. 139. 45-54 (2003)
• [Publications] Terasaki, H., Kato, T., Funakoshi, K., Suzuki, A., et al.: "Viscosity of liquid sulfur under high pressure"J.Phys.Condens.Matter. 16. 1707-1714 (2004)