マグマの構造と物性-実験と理論による,高圧下でのシミュレーション-

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05231101
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 河村 雄行 東京工業大学, 理学部, 教授 (00126038)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松井 正典 九州大学, 理学部, 助教授 (90125097) ; 神崎 正美 東京工業大学, 工学部, 助手 (90234153) ; 赤萩 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560) ; 中嶋 悟 東京大学, 理学部, 助教授 (80237255) ; 藤井 敏嗣 東京大学, 地震研究所, 教授 (00092320)
• Keywords: マグマ / ケイ酸塩 / 融体 / 高温高圧 / 構造 / 物性 / その場観察 / 分子動力学法

Research Abstract

マグマ模擬融体の構造解析は,高エネルギー物理学研究所放射光施設に設置されている.高圧下X線回析装置(MAX80,MAX90)を用いて行なった。Na_2O-SiO_2系とNa_2O-SiO_2-H_2O系の融体について,3GPaにおけるX線散乱パターンが得られ,H_2Oの有無による,パターンの顕著な差異を観測した。並行して,同じ系の分子動力学とシミュレーションを,新たに開発した原子間相互作用モデルを用いておこなった。これら実験と計算機シミュレーションを併用することにより,高温高圧下のケイ酸塩融体の詳細な構造解析が可能となった。
さらに、Na_2O-CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系の精密な分子動力学シミュレーションが可能となり,多成分系の物性の高圧での定量的な予測への道を開いた。
熱力学測定では,CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系の部分融解エンタルピーの測定に成功し,マグマ上昇の温度経路を精密化した.
高温顕微末赤外分光では、ケイ酸塩融体中のH_2O成分のバンドを観測することに成功し,その化学種を特定し,定量できることになった。

Research Products

• [Publications] M.OKUNO and: "Melecular dynamics calculationsfor Ms,Al_2Si_3O_<12>(Pyrope)and Ca_3Al_2Si_3O_<12>(gnossular)glass structure" J. Non-Cryst. Solids. 191. 249-259 (1995)
• [Publications] M. Matsui: "Melecular dynamics simulation of Structures, bulkmadui, and volume thermal expansivities of silicate liquid in the system CMAS" Geophys. Res. Lett.(印刷中).
• [Publications] M.MATSUI: "Melecular dynamics study of thestructures and bulk maduli of crystalsin the system Cao-MgO-Al_2O_3-SiO_3" Phys. Chem. Minerals. (印刷中).
• [Publications] M. Akaogi et al.: "Thermodynamic properties of α-quartz,coesite, and stishovite and ewilibrium phase relations at high-pres,temp." J. Geophys, Res,. 100. 22337-22347 (1995)
• [Publications] M. Akaogi: "Mineral physics pertinent to the constitution of the manfle and core" J. Phys. Earth. 43. 457-478 (1995)
• [Publications] H.Kojitani and: "Measurement of theat of fusion of model basalt in the system diopsite-forsferife-anorthife" Geophys. Res. Left. 22. 2329-2332 (1995)