沈み込むプレートと下部マントルの相互作用と下部マントルの物質科学

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12126203
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 桂 智男 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (40260666)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保 敦 岡山大学, 固体地球研究センター, 日本学術振興会特別研究員 ; 米田 明 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (10262841) ; 伊藤 英司 岡山大学, 固体地球研究センター, 教授 (00033259) ; 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560) ; 入舩 徹男 愛媛大学, 理学部, 教授 (80193704)
• Keywords: 高温高圧X線その場観察装置 / 搖動機構 / 高圧発生 / ペロフスカイト / ディオプサイド / パイロライト / MORB

Research Abstract

大型放射光施設SPring-8の偏向電磁石ビームラインBL04B1に設置した、大型超高圧高温X線その場観察装置SPEED-Mk.IIの立ち上げを行った。この装置により、超硬アンビルで31GPa、焼結ダイヤモンドアンビルで49GPaの高圧発生を確認した。さらに、3000Kの高温発生も可能にした。プレスステージに装備している旋回機構により、世界で始めて大型超高圧発生装置中の試料を揺動をかけて回折パターンを撮ることを可能にした。この揺動機構を用いると、高温で粒成長した試料でも良質の回折パターンを得ることが可能であり、また、圧力決定精度も高上する。この機構を駆使して、NaClのB1-B2転移の相境界を1000-2000Kの温度範囲で決定した。
装置の立ち上げと同時に、以下の地球科学的研究も行った。
MgSiO3ペロブスカイトにAl2O3成分が固溶する時、Mg2++Si4+=Al3++Al3+とSi4++1/2O2-=Al3++1/2V0という2種類の置換機構がありうる。後者では酸素位置に欠陥(V0)が生じる。今回MgSi0.9Al0.1O2.95組成に近いペロブスカイトを高圧合成し27Al-NMR測定を行った。その結果、二つの置換機構の混合型であり、構造中に酸素欠陥が存在することが示された。
CaMgSi206ディオプサイドは18GPaで相転移するが、1500℃以下では変型スピネル+スティショバイト+Ca、ペロブスカイトに分解し、150℃以上では(Mg,Ca)SiO3ガーネット+Caペロブスカイトに分解することが示された。
CaSiO3ペロフスカイトについて40GPa程度の圧力まで、多くの温度圧力条件でのX線その場観察実験をおこない、体積弾性率や熱膨張率の精密決定をおこなった。
パイロライトとMORBの、X線その場観察による下部マントル条件までの密度コントラスト決定実験を行った。

Research Products

• [Publications] Yoshino, T.: "Core formation triggered by grain boundary percolation"Nature. (in press). (2003)
• [Publications] Irifune, T.: "Ultrahard polycrystalline diamond from graphite"Nature. 421. 599-600 (2002)
• [Publications] Akaogi, M.: "High-pressure transformations in NaAlSiO_4 and thermodynamic properties of jabeite, nepheline, and calcium ferrite-type phase"Phys. Earth Planet. Inter.. 130. 49-58 (2002)
• [Publications] Akaogi, M.: "Garnet-ilmenite-perovskite transitions in the system Mg_4Si_4iO_<12>-Mg_3Al_2 at high pressures and high temperataures : phase equilibria, calorimetry and implications for mantle structure"Phys. Earth Planet. Inter.. 132. 303-324 (2002)
• [Publications] Katsura, T.: "Post-spinel transition in Mg_2SiO_4 determined by in situ X-ray diffractometry"Phys. Earth Planet. Inter.. (in press). (2003)
• [Publications] Irifune, T.: "In situ X-ray observations of phase transitions I MgAl_2O_4 spinel to 40 Gpa Using multianvil apparatus with sintered diamond anvils"Phys. Chem. Minerals. 29. 645-654 (2002)