高圧高温下におけるマントル物質の変形実験と粘性率の決定

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03640676
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 佐藤 博樹 岡山大学, 地球内部研究センター, 助手 (50215828)
• Keywords: 結晶粒成長 / B-MnzTiO_4の分解生成物 / 高圧高温 / 超塑性 / 粘性率 / マントル / 沈み込むスラブ

Research Abstract

昨年度の仕事に引き続き、我々は分解生成物の流動特性を調べる基礎実験を本年度も行なった。ポストスピネル転移により、下部マントル最上部の条件で生成された、非常に細粒な分解生成物が超塑性的となり、下部マントルへ沈み込むスラブが、剛体的でサイスミックなものから、流動的でアサイスミックなものへと変化する可能性を示してきた。
ポストスピネル相と酸似の分解生成物テクスチャーを示すアナログ物質β-M_<n2>TiO_4を用い、圧力0.9GPa-1.6GPa_1温度1000℃-1320℃の条件下で、時間を0.5時間から288時間変化させ、結晶粒成長実験を行なった。長時間おいたものでも粒成長は高々15um程度であり、粒成長速度の非常に遅いことが定量的に確認された。実験結果は、Kinetic Grain Growth Equationによって良く表わされ、粒成長の活性化エネルギー、活性化体積及び粒成長指数が決定された。本研究結果を地球内部に外挿することにより、下部マントルへ沈み込むスラブについても粒成長速度は遅く、スラブの沈み込み速度を毎年10cmとして、少なくとも数十km以上の領域に渡って超塑性的となることが見積られた。
更に我々はかんらん石を主要構成鉱物とする上部マントル物質について決定されたクリープ法則と地震の非弾性的性質を表わすQ値の両者が、ソリダス温度と密接な関係にあることを利用して、クリープ則とQ値の関係、すなわち粘性率とQ値の関係を調べその関係式を求めた。その結果を上部マントルについて求められているQ値構造と比較し、東北日本島弧下マントルの粘性率を推定した。その結果、火山フロントより背弧側で粘性率は低く(〜10^<20>P_<a‐s>)、マントルウェッジの先端部で約10^<23>P_<a‐s>程度であり、沈み込むスラブは10^<23>P_<a‐s>よりも高い値を示した。これらの値は地表の変形から求められた粘性率構造とも良く一致し、また日本列島における火山と沈み込むスラブの分布とも調和的であることが示された。

Research Products

• [Publications] Hiroki Sato: "Laboratory seisnicstudies:asearch for mechanical, thermal and chemical structures of the earth" Journal of Physics of the Earth. (1993)
• [Publications] Hiroki Sato: "Thernal structure of the martle wedge beseath northecstern Japan:magwatism in an islard avc from the combined data of seismic anelastitity and velotityand heat How" Journal of Volcanology and Geothermal Research. 51. 237-252 (1992)
• [Publications] Hiroki Sato: "Viscosity of the uppermantle from laboratory creep and anelosticity meosirements in periodotite at highpresrve and temperature" Geophysical Journal International. 105. 587-599 (1991)
• [Publications] Eiji Ito and Hiroki Sato: "Aseismicity in the lower wantle by superplasticity of the descending slab" Nature. 351. 140-141 (1991)
• [Publications] 佐藤 博樹: "アセノスフェアの温度と部分溶融量-高圧高温実験と地震のデータによる決定-" 月刊地球. 13. 401-409 (1991)
• [Publications] 佐藤 博樹: "島弧におけるマグマの発生-地震のQ値が示す新しいモデル-" 号外地球(上田誠也教授退官記念論文集). 3. 101-105 (1991)
• [Publications] Hiroki Sato: "Seismic and heat tlou constraints on the upper wautle tkenual structure of the western United States,in:Magmatic Systems,M.P.Ryan,ed." Academic Press, (1993)
• [Publications] Hiroki Sato: "Rheological structure of a subduction jone:application of high RT viscous and anelastic properties of mantle vocks,in:High-Pressure Research:Application to Earth and Planetary Sciences" Terra Scientific Publishing Company, PP.263-268 (1992)
• [Publications] Eiji Ito and Hiroki Sato: "Effect of phase trans for mations on the dynamics of the descerding slab,in:High-Pressure Research:Application to Earth and Planetary Sciences" Terra Scientitic Publishing Company, PP.257-262 (1992)