2015 Fiscal Year Annual Research Report
新しい含水高圧相Phase Hの安定性と下部マントル領域での水の挙動
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15H05469
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
西 真之 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (10584120)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マントル / 含水鉱物 / 沈み込むプレート / 相転移 / マルチアンビル装置 / ダイヤモンドアンビルセル / 高温高圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
含水鉱物に取り込まれた水は、沈み込むプレートにより地球深部に運ばれる。近年の理論計算と実験により確認された含水鉱物phase Hやdelta-AlOOHは、地球の中心核付近への水を供給する可能性がある。本研究の目的は、マルチアンビル型高圧発生装置を用いた50万気圧を超えるの圧力領域での先進的な含水高圧実験技術を開発し、地球深部で想定される多成分系での含水鉱物の安定領域を決定することである。
マルチアンビル装置実験において高い圧力発生を目的として圧媒体を従来使用していたのマグネシアからコランダムに変更した。AlOOHとFeOOH組成の含水鉱物を出発物質として、約55万気圧,1000度までの安定性を確認したと同時に、その体積変化を測定した。FeOOHは50万気圧付近でで急激に体積が減少した。これは過去の研究により報告された鉄のスピン転移によるものであると考えられる。
また、170GPa付近の圧力下において第一原理計算で推測されているAlOOH組成のパイライト型構造の観察も試みた。実験にはレーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル(LHDAC)を用いた。出発物質は愛媛大学のマルチアンビル型高圧発生装置により合成したdelta-AlOOH多結晶体であり182 GPa,2500 K以下の温度圧力条件において、パイライト型AlOOHの安定性が確認された。このような広い含水鉱物の安定領域は、地球だけでなく太陽系外のスーパーアースや巨大氷惑星の内部構造や水の存在形態に関係する可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マルチアンビル装置と焼結ダイヤモンドを用いた実験により50万気圧を超える条件下での含水鉱物のX線回折測定に成功している。特に今回観察に成功したFeOOHの鉄のスピン転移による体積変化は沈み込んだ多成分含水鉱物の化学組成に影響する可能性がある。ただしより高い圧力発生にはさらなる技術的工夫が必要である。
一方でレーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた実験によりパイライト型AlOOHの観察に成功ており、含水鉱物の広い安定領域が新たに確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
マルチアンビル装置による実験では、60万気圧に迫る条件下での含水鉱物のX線回折測定に成功しており、今後多成分系の含水鉱物の相関係の理解が深まると考えられる。一方で、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルによる実験により、100万気圧を超える圧力下での含水鉱物の構造も理解されつつある。今後はマルチアンビル装置とダイヤモンドアンビルセルを相補的に使用し研究を進めていくことが得策である。
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