2018 Fiscal Year Annual Research Report
高圧実験と熱測定に基づくマントル深部鉱物及び類縁物質の高圧相平衡
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17H02986
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| Research Institution | Gakushuin University |
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Principal Investigator |
赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高圧実験 / 熱測定 / ぺロブスカイト / スピネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. MgCr2O4－Mg2SiO4系の高圧相関係を、全組成範囲で28GPaまで1400℃と1600℃で詳細に決定した。その結果、13GPaでMg2SiO4オリビンとMgCr2O4クロマイトが反応し3相の組合せに変化し、圧力と共に相関係を変えながら、25-27GPaでペロブスカイト型相＋カルシウムタイタネイト型相＋岩塩型相へと変化することが示された。
２. 変型ludwigite型Mg2Cr2O5相の安定な圧力温度領域は、下限が12GPa、上限が1000～1600℃で20～27GPaであることが示された。
３．パイロライトの22-28GPa、1600-2200℃の詳細な高圧相関係を明らかにした。1800℃以上では、19-23GPaでリングウッダイト相がガーネット相と岩塩型相へ分解し、ガーネット相が最も豊富な相になること、23-25GPaでガーネット相がペロブスカイト相へ転移すること、その転移境界線が正の圧力温度勾配を持つため、下部マントルからのプルームが660㎞不連続面で妨げられることなく上昇することが示された。
４．A2+B3+2O4化合物のポストスピネル転移を探索するため、MgV2O4、FeV2O4、MnCr2O4の相転移を25GPa、1400℃まで調べ、新規高圧相を見出し、相関係を決定した。結晶構造解析の結果、MgV2O4とFeV2O4のポストスピネル相はカルシウムタイタネイト型、MnCr2O4ではカルシウムフェライト型であることが示された。
５．バイロイト大学の Z. Liu博士、桂智男教授との共同研究で、Al含有MgSiO3ペロブスカイト中の酸素欠陥濃度の温度依存性に関して、27GPa、1700～2200Kの実験で彼らが得たペロブスカイト相の組成データを非理想固溶体モデルで解析し、高温ほどエントロピーの寄与により酸素欠陥濃度が高まることを説明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
MgCr2O4－Mg2SiO4系の高圧相関係を全組成範囲で温度依存性を含めて28GPaまで詳細に決定したことと、遷移層・下部マントル最上部の圧力条件で、これらの深さでの平均温度である1500-1600℃よりもはるかに高い2200℃までの詳細な高圧相関係を明らかにしたことは重要な進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までのMgCr2O4－Mg2SiO4系の実験結果をさらに解析し、「超高圧クロミタイトのマントル循環説」を詳しく検証する。また、遷移層～下部マントルの圧力条件下で安定なCaSiO3ペロブスカイトの詳細な相関係を明らかにする。さらに、主要ケイ酸塩高圧鉱物であるワズレアイト、アキモトアイトのマグネシウム端成分の熱容量の精密測定を進める。
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