沈み込み帯鉱物の単結晶高温高圧構造の研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18340168
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 工藤 康弘 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (30107693)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 栗林 貴弘 東北大学, 大学院理学研究科, 助手 (20302086) ; 鍵 裕之 東京大学, 大学院理学系研究科, 助教授 (70233666) ; 佐々木 聡 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (10162364)
• Keywords: 含水オリビン / phase G / ringwoodite / ダイヤモンドアンビル / 高圧下単結晶X線

Research Abstract

13.5GPa,1300℃で合成され,0.38wt%のH_2Oを含有する含水オリビンhydrous forsterite,Mg_<1.985>Si_<0.993>H_<0.06>O_4の結晶構造を単結晶X線回折と赤外吸収スペクトルの測定で解析し,vacancyがMg1-siteとSi-siteに存在すること,無水のforsteriteの構造に較べ,Mg-O2とMg-O3の結合のうち最も短い結合の距離が有意に伸びていることからHがO2とO3に配位していることを見出した.この結果は,これまで含水オリビンについて報告されている多くの結果を矛盾なく説明する.また,Hが結晶構造中に導入されたとき最も短いMg-O結合の距離が有意に伸びる現象は,地球の上部マントル下部に安定領域をもつ含水変形スピネルhydrous wadsleyite,Mg_<1.75>SiH_<0.5>O_4でも起こっていることを見出した.極少量のH原子が結晶構造中のどこに位置するのかをX線回折データから解析するのは一般に困難であるが,本研究の結果はその新たな手法を提供する.
地球の上部マントル下部から下部マントルにかけての圧力領域に安定領域をもつphase G,Mg_<1.24>Si_<1.76>H_<2.48>O_6の,22GPa,1050℃で合成された単結晶について放射光と単結晶X線用ダイヤモンドアンビル(DAC)を用いて高圧下で単結晶X線回折強度を測定し,その体積弾性率と線圧縮率を測定した.
地球の上部マントル下部に安定領域をもつringwoodite,Mg_2SiO_4について放射光と単結晶X線用ダイヤモンドアンビル(DAC)を用いて17.9GPaまでの高圧下で単結晶X線回折強度を測定し結晶構造を解析した.その結果,酸素原子の位置が圧力の増加とともに細密充填に近かづく傾向が見出された.

Research Products

• [Journal Article] Pressure dependence of u-parameter in ringwoodite up to 7.9 GPa. (2007)
  • Author(s): Kudoh, Y., Kuribayashi, T., Mizobata, H., Ohtani, E., Sasaki, S., Tanaka, M.
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 102 Pages: 8-11
• [Journal Article] Cation vacancy and possible hydrogen positions in hydrous forsterite, Mg_<1.985>Si_<0.993>H_<0.06>O_4, synthesized at 13.5 GPa and 1300℃. (2006)
  • Author(s): Kudoh, Y., Kuribayashi, T., Kagi, H., Inoue, T.
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 101 Pages: 265-269
• [Journal Article] Redetermination of the high-pressure modification of AlOOH from single-crystal synchrotron data. (2006)
  • Author(s): Komatsu, K., Kuribayashi, T., Sano, A., Ohtani, E., Kudoh, Y.
  • Journal Title: Acta Cryst. E62 Pages: i216-i218
• [Journal Article] Examples of disorder found in the averaged structures. (in Japanese). (2006)
  • Author(s): Kudoh, Y.
  • Journal Title: Journal of the Crystallographic society of Japan 48 Pages: 3-6
• [Journal Article] Bulk modulus and linear compressibilities of phase G, Mg_<1.24>Si_<1.76>H_<2.48>O_6. (2006)
  • Author(s): Kudoh, Y., Kuribayashi, T., Mizobata, H., Ohtani, E., Sasaki, S., Tanaka, M
  • Journal Title: KEK Activity Report 2005 23, Part B Pages: 170
• [Journal Article] Reinvestigation of the MgSiO_3 perovskite structure at high pressure. (2006)
  • Author(s): Sugahara, M., Yoshiasa, A., Komatsu, Y., Yamanaka, T., Bolfan-Casanova, N., Nakatsuka, A., Sasaki, S., Tanaka, M.
  • Journal Title: American Mineralogist 91 Pages: 533-536