高圧実験によるポストペロフスカイトとマントル最下部のレオロジー

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21340128
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 山崎 大輔 Okayama University, 地球物質科学研究センター, 准教授 (90346693)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 英司 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 名誉教授 (00033259) ; 芳野 極 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (30423338)
• Keywords: ポストペロフスカイト / 高圧 / レオロジー / 相転移

Research Abstract

地球マントル最深部に存在しているポストペロフスカイト相のレオロジーを理解することは、地球内部で最大の境界である核・マントル境界の流動現象の理解に必要不可欠であり、全地球ダイナミクスの解明に非常に重要である。しかしながら、珪酸塩ポストペロフスカイトは120GPa以上の高圧下のみで安定であり、レオロジー特性を実験的に決定することは非常に困難である。そこで、本研究では、ゲルマニウム酸塩をアナログ物質として用いることにより、実験的にポストペロフスカイト相のレオロジーに迫ることを目的としている。
今年度は、まず、アナログ物質MnGeO3の安定領域を精密に調べる実験を行い、圧力60GPa、温度1600Kで低圧相のペロフスカイトからポストペロフスカイト相に相転移し、その勾配は13MPa/Kであるということを明らかにした。これは、最下部マントルの温度構造、ひいては、.マントル流動に関しての新たな情報を提供することになる。ポストペロフスカイト相の安定領域が明らかになったことにより、その安定領域での粘性率を見積もるために必要な拡散係数決定の実験に取り組みつつあるところである。
また、ペロフスカイトからポストペロフスカイト相転移における結晶粒の細粒化の有無を調べる実験を行った。相転移その場)X線回折実験から得られた予備的な実験結果は、細粒化が起きることを示唆している。固体物質の場合、物質構成粒子の結晶粒が細粒のとき、粗粒な場合と比較して、その粘性率は低い。すなわち、相転移に伴う粘性率の低下が予想される。このことは、最下部マントルに沈み込んだスラブのレオロジーを考察する上で重要である。

Research Products

• [Journal Article] Pressure generation and investigation of the post-perovskite transformation in NgGeO3 by squeezing the Kawai-cell equipped with sintered diamond anvils (2010)
  • Author(s): Ito E., Yamazaki D., Yoshino T., Fukui H., Zhai S., Shatzkiy A., KatsuraT., Tange Y., Funakoshi K
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters 293 Pages: 84-89
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Texture of(Mg, Fe)SiO3 perovskite and ferro-periclase aggregate : implications for rheology of the lower mantle (2009)
  • Author(s): Yamazaki D., Yoshino T., Matsuzaki T., Katsura T., Yoneda A
  • Journal Title: Physics of Earth and Planetary Interiors 174 Pages: 138-144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Boron-doped diamond heater and its application to large-volume, high-pressure, and high-temperature experiments (2009)
  • Author(s): Shatskiy A., Yamazaki D., Morard G., Cooray T., Matsuzaki T., Higo Y., Funakoshi K., Sumiya H., Ito E., Katsura T
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum 80 Pages: 23907-23907-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal expansion of forsterite at high pressures determined by in situ X-ray diffraction : The adiabatic geotherm in the upper mantle (2009)
  • Author(s): Katsura, T., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S., Fukui, H., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E.,
  • Journal Title: Phys. Earth Planet. Inter. 174 Pages: 86-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] P-V-T relations of wadsleyite determined by in situ X-ray diffraction in a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • Author(s): Katsura T., Shatskiy A., Manthilake M.A.G.M., Zhai S., Yamazaki D., Matsuzaki T., Yoshino T., Yoneda A., Ito E., Sugita
  • Journal Title: Geophysical Research Letters 36 Pages: L11307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single crystal growth of wadsleyite (2009)
  • Author(s): Shatskiy A., Litasov K.D., Matsuzaki T., Shinoda K., Yamazaki D., Yoneda A., Ito E., Katsura T.
  • Journal Title: Am. Min. 94 Pages: 1130-1136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new 6-axis apparatus to squeeze the Kawai-cell of sintered diamond cubes (2009)
  • Author(s): Ito E., Katsura T., Yamazaki D., Yoneda A., Tado, M., Ochi, T., Nishibara, E., Nakamura, A.
  • Journal Title: Phys. Earth Planet. Inter. 174 Pages: 264-269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of high-pressure phase equilibria of Fe203 using the Kawai-type apparatus equipped with sintered diamond anvils (2009)
  • Author(s): Ito E., Fukui H., Katsura T., Yamazaki D., Yoshino T., Aizawa Y., Kubo A., Yokoshi S., Kawabe K., Zhai S., Shatzkiy A., Okube
  • Journal Title: Am Min. 94 Pages: 205-209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • Author(s): Katsura T., Yokoshi S., Kawabe K., Shatskiy A., Manthilake M.A.G.M., Zhai S., Fukui H., Hegoda H.A.C.I., Yoshino
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. 36 Pages: L01305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The temperature-pressure-volume equation of state of platinum (2009)
  • Author(s): Matsui M, Ito E., Katsura T., Yamazaki D., Yoshino T., Yokoyama A., Funakoshi K.
  • Journal Title: J. Appl. Phys. 105 Pages: 13505-13505-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Observations of post-perovskite transition in germanate and melting of stishovite by using sintered diamond anvil and boron doped diamond heater in Kawai cell : Toward the generation of extreme P-T condition (2009)
  • Author(s): D. Yamazaki, E. Ito, A. Shatskiy, T. Yoshino, T. Katsura, K. Funakoshi
  • Organizer: AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-07-28
• [Presentation] 下部マントルにおけるフェロペリクレースの重要性について (2009)
  • Author(s): 山崎大輔・芳野極・桂智男・伊藤英司
  • Organizer: 地球惑星関連連合大会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2009-05-18