2019 Fiscal Year Annual Research Report
非含水主要マントル鉱物の水素位置の特定とそのレオロジー特性の解明
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18H01314
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
辻野 典秀 岡山大学, 惑星物質研究所, 助教 (20633093)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米田 明 岡山大学, 惑星物質研究所, 客員研究員 (10262841)
芳野 極 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (30423338)
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マントル鉱物 / 水素位置 / 単結晶 / FTIR / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水がカンラン石のレオロジーに大きな影響を与えることが示されてから、30年以上にわたってマントル鉱物のレオロジーへの水の効果は多くの研究者によって調べられてきている。しかしながら、報告された結果には一貫性がなく、マントルのダイナミクスへの水の効果を定量的に応用する段階にないのが現状である。その主な原因は、ほとんどの研究で全含水量をパラメータとした議論に限定されてきたため、マントル鉱物のレオロジーに対する水素の結晶学的配置の影響が全く考慮されてこなかった点にあると考えられる。また、遷移層・下部マントルに至っては、レオロジーに関する研究が限られており、水の影響を議論するに至っていない。本研究は、FTIRで観測されるいくつかのOH伸縮バンドがそれぞれの水素位置を反映していることに着目して、上部マントルから下部マントルまでの主要鉱物について水素位置を特定し、レオロジーに与える水の影響を結晶学的に解明することを目的とする。
水素位置の特定には主にIRスペクトルを用いる。本研究では主に無水マントル鉱物単結晶の結晶方位・圧力・温度依存性を明らかにすることで、水素位置の特定を行う。そこで、2019年度は主に、ダイヤモンドアンビルセルでの高圧下でのウォズレアイト単結晶のIR測定を行った。さらに、一気圧下(圧力一定下)での、特に極低温での温度依存性を測定すべく、-180℃から400度までを十分に制御できる温度可変ステージの導入を行った。この温度可変ステージを用いて、ウォズレアイト・リングウッダイト単結晶のIRスペクトルの温度依存性の測定を行った。その結果、ウォズレアイト・リングウッダイトのOH伸縮バンドはガーネットで報告されているような結果とは異なり、極低温下でも急激に半値幅が変わることなくブロードなままであることが確認された。
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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
本年度は、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧下でのその場IR測定技術の確立に加え、真空下で-180度から400℃までのその場IR測定ができることが確認された。これにより、その場IR測定技術の基礎が確立され、次は単結晶マントル主要鉱物を測定する段階に移行することが可能となった。
また、水を含むマントル主要鉱物について、下部マントル圧力条件までの一軸圧縮では歪量が0.3を超える一軸圧縮変形実験が、せん断歪量が1を超えるまでのせん断変形実験が可能となった。これにより、今後レオロジーに与える水の影響を明らかにするためのその場観察技術の確立が達成され、こちらも、マントル主要鉱物のレオロジー特性のその場測定を行うことが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は、2018年度・2019年度に導入した一気圧下での-180度から400℃までの加熱冷却ステージの導入呼び、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧下でのその場IR測定技術が確立された。今後は、この技術を基に本研究の最大の目的である単結晶マントル鉱物のOHバンドの波数の温度圧力依存性を明らかにするためのその場IR測定を順次行う予定である。
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