マントル中における水のダイナミクスと地球深部での水のサイクル

• Project/Area Number: 19740324
• 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: LITASOV Konstant (LITASOV Konstantin) 東北大, 理学(系)研究科(研究院) (80374916)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,090,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2008: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2007: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 岩石・鉱物・鉱床学 / 地球惑星科学 / 地殻・マントル・核 / 地球・惑星内構造 / 水循環

Research Abstract

2007年の研究成果:
1.アルミニウム、水素を含むスティショバイトのポストスティショバイト相転移(スティショバイトからCaC12構造への相転移)の圧力が低圧側へと大きく移動することが明らかとなった。またアルミニウムを含むスティショバイトでは25GPaで相転移することが分かった(アルミニウムを含まない場合の相転移圧力は50-60GPa)。この結果より、これまで謎とされていた下部マントル最上部における地震波異常の原因を、沈み込む海洋スラブ中におけるポストスティショバイト相転移で説明できる可能性がある。またアルミニウムを含むスティショバイトは20GPaで0.3wt%まで水を含みうることが分かった。
2.鉄を含む場合と含まない場合のオリビン、ウォズリアイト、リングウッダイトの含水量を系統的に調べ、上部マントルとマントル遷移層における含水量マップを推定した。
3.SPring-8放射光施設において、マルチアンビル高圧装置と放射光X線を用いて含水B相と鉄を含むD相の圧力-体積-温度の関係を調べ、各相の状態方程式を得た。これにより、マントル深部条件でのパイロライト組成における含水B相とD相の密度を正確に見積もることが可能となった。下部マントル最上部におけるこれらの含水相による沈み込むスラブ(1wt%の含水量)の密度は、1.5-2.0%減少することが明らかとなった。以上より、1wt%以上の水を含む含水スラブは周囲のマントル岩石よりも軽く、下部マントル深部までは沈み込んでいかないであろう。

Research Products

• [Journal Article] The compressibility of Fe-and Al-bearing phase D to 30 GPa (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E., Suzuki, A., Funakoshi, K.
  • Journal Title: Phys. Chem. Miner 34 Pages: 159-167
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Al^<3+> and H^+ on the elastic properties of stishovite (2007)
  • Author(s): Lakshtanov, D.L., Litasov, K.D., Sinogeikin, S.V., Hellwig, H., Li, J., Ohtani, E., Bass, J.
  • Journal Title: Amer. Mineral. 92 Pages: 1026-1030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The post-stishovite phase transition in hydrous alumina-bearing SiO_2 in the lower mantle of the Earth (2007)
  • Author(s): Lakshtanov, D.L., Sinogeikin, S.V., Litasov, K.D., Prakapenka, V.B., Hellwig, H., Wang, J., Sanches-Valle, C., Perrillat, J.P., Chen, B., Somayazulu, M., Li, J., Ohtani, E., Bass, J.D.
  • Journal Title: Proc. Nat. Acad. Sci. 104 Pages: 13588-13590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature dependence and mechanism of hydrogen incorporation in olivine at 12.5-14.0 GPa (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E., Kagi, H., Jacobsen, S.B., Ghosh, S.
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett 34(web掲載)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal equation of state of superhydrous phase B to 27 GPa and 1373 K (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E., Ghosh, S., Suzuki, A., Funakoshi, K.
  • Journal Title: Phys. Earth. Planet. Inter. 164 Pages: 142-160
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High hydrogen solubility in Al-rich stishovite and water transport to the lower mantle (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Kagi, H., Shatskiy, A.F., Ohtani, E., Lakshtanov, D.L., Bass J.D., Ito, E.
  • Journal Title: Earth Planet. Sci. Lett. 262 Pages: 620-634
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of water on the phase relations in the Earth's mantle and deep water cycle (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E.
  • Journal Title: Advances in High-Pressure Mineralogy 421 Pages: 115-156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stability of carbonated basaltic melt at the base of the Earth's upper mantle (2007)
  • Author(s): Ghosh, S., Ohtani, E., Litasov, K.D., Suzuki, A., Sakamaki, T.
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. 34(web掲載)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cation vacancies and possible hydrogen atom positions in Fe-bearing hydrous forsterite, Mg_<1.85>Fe_<0.14>Si_<0.99>H_<0.06>O_4, synthesized at 13.5 GPa and 1400℃ (2007)
  • Author(s): Kudoh, Y., Kuribayashi, T., Litasov, K.D., Ohtani, E.
  • Journal Title: J. Mineral. Petrol. Sci. 102 Pages: 306-310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic study of hydrogen incorporation into Fe-bearing wadsleyite and water storage capacity of the transition zone (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E.
  • Journal Title: Amer. Inst. Phys. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal equation of state of Fe-and Al-bearing phase D (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani, E., Nishihara, Y., Suzuki, A., Funakoshi, K.
  • Journal Title: J. Geophys. Res. B (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water solubility in forsterite at 8-14 GPa (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Shatskiy, A., Katsura, T., Ohtani, E.
  • Journal Title: Doklady Earth Sciences (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Pressure-temperature dependence of hydrogen solubility in Fe-free and Fe-bearing wadsleyite (2007)
  • Author(s): Litasov K.D., Ohtani E., Anton S.
  • Organizer: 第48回高圧討論会
  • Place of Presentation: 倉吉、日本
• [Presentation] In situ X-ray diffraction study of influence of water on olivine-wadsleyite transition (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Ohtani E., Suzuki A., Funakoshi K.
  • Organizer: 7th High Pressure Mineral Physics Seminar
  • Place of Presentation: Matsushima, Japan
• [Presentation] Systematic study of hydrogen solubility in Fe-free wadsleyite: Implication to water storage capacity of the transition zone (2007)
  • Author(s): Litasov, K.D., Shatskiy A., Ohtani E., Katsura T.
  • Organizer: EASTEC Symposium 2007
  • Place of Presentation: Sendai, Japan