2019 Fiscal Year Annual Research Report
Thermodynamic model for volumetric property of hydrous magmas
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17K05707
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
山下 茂 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (30260665)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 岩石鉱物鉱床学 / マグマ / 高温高圧実験 / 火山 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究で使用する顕微赤外分光光度計には、装置由来の干渉波が試料スペクトルに重乗する問題があった。この干渉波の形が時間単位で変化するために、加熱・加圧に数時間を要する高温高圧その場分光観察で、観察の始め頃と終わり頃の試料スペクトルを単純に比較することができなかった。この干渉波が赤外光検知器への着氷によるものであることを突き止め、断熱性の良い検知器を用いることで、長時間の観察でも干渉波の重乗しない試料スペクトルを得ることが可能になった。この対策を講じたうえで、含水アルバイトメルトの高温高圧その場分光観察を行った。含水量を8.2 wt%に調整した含水アルバイトガラスを13Cダイヤモンド圧力マーカーとともに外熱式ダイヤモンドアンビルセル装置に封入、メルト状態に加熱・加圧した。温度はアンビルに接触させた熱電対で測定、圧力は13Cダイヤモンド圧力マーカーのラマンシフトを観測して決定した。アルバイトメルトに溶け込んでいるH2O分子、OH基の存在度を、それぞれ5200 cm-1と4500 cm-1の赤外吸収バンド強度を利用してモニタリングしながら、最高温度900℃、最高圧力2.5GPaまで加熱・加圧した。その結果、温度一定の条件では圧力が1.0から2.5GPaまで変化しても、含水アルバイトメルト中のH2O分子とOH基の存在比は変化しないことがわかった。このことは、含水アルバイトメルトで起きる水溶解種間反応、H2O分子 + アルバイト構造架橋O = 2 OH基、の標準体積変化が無視できるほど小さいことを示している。先行研究ではケイ酸塩メルトへ溶け込んでいる「水」成分のモル体積―温度―圧力変化を、H2O分子とOH基の区別なくモデル化することが行われてきた（そして経験的なモデルとして成功を収めてきた）が、この研究の結果はそうしたアプローチの妥当性に熱力学的な根拠を与えるものである。
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