Experimental study on the rheology of D'' layers using a newly developed ultra-high pressure deformation apparatus

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Azuma Shintaro 東京工業大学, 理学院, 助教 (60771293)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野村 龍一 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (40734570)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: レオロジー / 高温高圧 / 変形実験 / D''層 / ポストペロブスカイト / ペリクレース

Outline of Final Research Achievements

To evaluate the rheological properties of the D'' layer, which is located at the lowest part of the Earth's inner mantle, we challenged　the ultrahigh-pressure large strain deformation experiments using the developed deformation apparatus 'rotational diamond anvil cell' and minerals constituting the D'' layer (post-perovskite and periclase). Deformation experiments of the periclase showed that the crystallographic preferred orientation developed with strain. Our analysis of seismic anisotropy based on the deformation experiments indicates that the deformation of the periclase contributes significantly to the observed seismic anisotropy of the D'' layer. On the other hand, the post-perovskite results were only successfully synthesized in a rotational diamond anvil cell.

Free Research Field

高温高圧変形実験、岩石レオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地震波観測から最下部マントル(D''層)では、地震波の異方性(地震波の伝わる方向、振動方向によって速度が異なる現象）が認められている。この一因として、D''層を構成するとされるポストペロブスカイトやペリクレースの変形による結晶方位が揃うこと(結晶方位選択配向)が考えられてきた。その中で、我々はペリクレースを実際のD''層の超高圧条件(120 GPa)で変形実験をすることで、変形によって発達する結晶方位選択配向を明らかにし、ペリクレースはD''層を占める体積が比較的小さいにも関わらず、観測される地震波異方性に大きく寄与していることを示すことができた。