マントル内地震波速度不連続面の物理・化学的性質の計算機シミュレーション

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10640469
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 松井 正典 九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (90125097)
• Keywords: 地球マントル / 高温高圧 / 計算機シミュレーション / 地震波不連続面 / マントル鉱物 / 原子間相互作用

Research Abstract

マントル内660km地震波不連続面は、(Mg,Fe)_2SiO_4スピネルから(Mg,Fe)SiO_3ペロフスカイトと(Mg,Fe)Oへの相変化によると考えられている。平成12年度は、分子動力学(MD)法を用いた計算機シミュレーションにより、上記相変化に伴う密度及びバルク音速変化を660km不連続面を想定した高温高圧下で求め、得られた結果を、それら不連続面における地震波観測データと詳細に比較した。
Mg_2SiO_4スピネル、MgO、MgSiO_3ペロフスカイトのいずれについても、常温常圧から高温高圧に至る広範な温度圧力範囲に渡って、それぞれの実測の構造、弾性定数、及びそれらの温度圧力依存を高精度で再現することに成功した。続いて、660km不連続面を想定した高温高圧下(温度1800〜1900K、圧力23.4GPa)における密度及びバルク音速変化についてのMDの予測値として、それぞれ、8.4%、3.6%を得た。
660km不連続面における、密度及びバルク音速変化についての地震波観測データは、用いるデータの種類、解析手段の違いによりかなりの差が存在する。660km不連続面での可能な鉱物組成として、pyrolite組成あるいはpiclogite組成を考た。その結果、今回のMD計算は、Shearer and Flanagan(1999)の地震波モデルと極めて調和的であることを見出した。

Research Products

• [Publications] T.Tsuchiya et al.: "Molecular dynamics study of pressure-induced transformation of quartz-type GeO2"Phys.Chem.Minerals. 27. 149-155 (2000)
• [Publications] M.Matsui: "Molecular dynamics simulation of MgSiO_3 perouskite and the 660 km seismic discontinuity"Phys.Earth Planet.Inter.. 121. 77-84 (2000)
• [Publications] 松井正典: "マントル内地震波不連続面の構造と物性の計算機シミュレーション"日本結晶学会誌. 43. 84-90 (2001)