含水高圧相鉱物の弾性波速度に基づくスラブ低速度層の物質科学的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13874052
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 米田 明 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (10262841)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深尾 良夫 東京大学, 地震研究所, 教授 (10022708) ; 鈴木 功 岡山大学, 理学部, 教授 (60033198) ; 桂 智男 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (40260666)
• Keywords: マントル対流 / スラブ / 含水鉱物 / 反射率測定

Research Abstract

沈み込むスラブ内部においては比較的地球深部に到るまで、含水鉱物が主要な構成要素であることが近年高温高圧下における相平衡実験から明らかになった。そして、それらは地震波によって観測される低速度層の成因との関連が示唆される。しかしながら含水鉱物の弾性に関する報告は数少なく、特に弾性率の温度依存性はあまり理解されていない。本研究においてスラブ内部で安定と考えられる含水鉱物の一つであるphase Aについてその単結晶の合成を試みた。数ミリメートル程度の比較的大きな結晶が合成できれば、共振法によって弾性率およびその温度依存性の精密な測定が可能である。マルチアンビル型高圧発生装置を用い、約10GPa,1000℃の高温高圧条件下で合成実験を行っている。
本研究を遂行する過程において、共振法のシグナル伝達を向上させるためのカップラーの物性測定を行った。本研究の副産物であるが、重要な成果であり、その内容は学術振興会の研究会で報告した他、特許出願も行った。参考のために以下にその概要をしめす。
粘弾性液体(蜂蜜(商品名:SWC)、グリセリン、シリコンオイル)の横波速度と吸収係数を約20MHzの周波数で複素反射率法により測定した。一般的にはこれらの物質は液体であり従って剛性はない(横波音速ゼロ)とされてきた。しかしながら、今回の測定により15-25MHzにおいて明瞭な横波音速分散と吸収を確認した。複素反射率測定では音波パルスはサンプル中を伝播する必要がないので、吸収の大きな試料の音速測定に適している。地球科学分野での応用としてはマグマの粘弾性測定があるが、他分野でも広く応用可能である。

Research Products

• [Publications] T.Katsura: "Post-spinel transition in Mg2SiO4 determined by high P-T in situ X-ray diffractometry"Phys.Earth Planet.Int.. 136. 11-24 (2003)
• [Publications] Y.Aizawa: "Temperature derivatives of elastic moduli of MgSiO3 perovskite"Geophys.Res.Lett.. 31. L01602 (2004)
• [Publications] N.Mayama: "Temperature dependence of elastic moduli of b-(Mg,Fe)[2]SiO[4]"Geophys.Res.Lett.. 31. L04612 (2004)
• [Publications] M.Osako: "Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity for garnet and olivine under high pressure"Phys.Earth Planet.Int.. (in press). (2004)
• [Publications] T.Katsura: "Olivine-wadsleyite transition in the system (Mg,Fe)2SiO4"J.Geophys.Res.. 109. B02209 (2004)
• [Publications] T.Katsura: "A large-volume high P-T apparatus for in situ X-ray observation 'SPEED-mkII'"Phys.Earth Planet.Int.. (in press). (2004)