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

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21340128
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 山崎 大輔 岡山大学, 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 / レオロジー / 異方性 / 相転移機構 / 選択配向

Research Abstract

地球の下部マントルは、主要に、珪酸塩ペロフスカイトで構成されている。このペロフスカイトは、約120GPaの圧力で、ポストペロフスカイトへと圧力誘起相転移を起こし、この相転移が、マントル最下部に存在するD"層との境界を形成していると考えられている。従って、ペロフスカイトからポストペロフスカイトへの相転移機構とレオロジー変化、さらには、ポストペロフスカイト自体のレオロジーを調査することは、マントル最下部から表層に至る全地球的岩石圏のダイナミクスを理解する上で欠かすことができない。
ペロフスカイトからポストペロフスカイトへの相転移を実験的に調査したところ、1.相転移に伴い、結晶粒の細粒化が起きることと、2.この相転移においては、ペロフスカイトとポストペロフスカイト間にトポタクティックな関係があり、ペロフスカイトのα軸(a_<pv>)が、ポストペロフスカイトのα軸(a_<ppv>)に、b_<pv>がc_<ppv>に、c_<pv>がb_<ppv>に置き換わることが示された。
これらの結果から、マントル最深部に沈み込んでいくスラブでは、支配的な変形機構が、ペロフスカイトの転位クリープから、ポストペロフスカイトの拡散クリープを経て、ポストペロフスカイトの転位クリープへと発展していく可能性が高い。さらに、マントル最深部での流動パターンを水平方向が卓越しているとした場合には、ペロフスカイトのスベリ系を考慮すると、相転移直後に(から)、強い弾性的異方性を形成することが示唆される。このことは、D"層深さで環太平洋地域での強いV_<SH>V_<SV>という地震波速度異方性を上手く説明できる。今後は、追試を重ね、この実験結果の確度を挙げていきたい。

Research Products

• [Journal Article] Static compression of (Mg_<0.83>,Fe_<0.17>)O and (Mg_<0.75>,Fe_<0.25>)O ferroperic lase up to 58 GPa at 300, 700, and 1100 K (2012)
  • Author(s): Matsui, M., Ito, E., Yamazaki, D., Yoshino, T., Guo, X., Shan, S., Higo, Y, Funakoshi, K
  • Journal Title: Am.Min. Volume: 97 Pages: 176-183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 焼結ダイヤモンドアンビルを組み込んだ川井型高圧装置による圧力発生 (2011)
  • Author(s): 山崎大輔
  • Journal Title: 高圧力の科学と技術 Volume: 21 Pages: 272-277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silicon and magnesium diffusion in a single crystal of MgSiO_3 perovskite (2011)
  • Author(s): Xu, J., Yamazaki, D., Katsura, T., Wu, X., Remmert, P., Yurimoto, H., Chakraborty, S.
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 116
  • DOI: DOI:10.1029/2011JB008444
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compressibility of strontium orthophosphate Sr3(P04)2at high pressure (2011)
  • Author(s): Zhai, S., Xue, W., Yamazaki, D., Shan, S., Ito, E., Tomioka, N., Shimojuku, A., Funakoshi, K.
  • Journal Title: Phys.Chem.Minerals Volume: 38 Pages: 357-361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of iron content on electrical conductivity of ferroperic lase with implications for the spin transition pressure (2011)
  • Author(s): Yoshino, T., Ito, E., Katsura, T., Yamazaki, D., Shan, S., Guo, X., Nishi, M., Higo, Y., Funakoshi, K.
  • Journal Title: J.Geophys.Res. Volume: 116 Pages: B04202
  • DOI: 10.1029/2010JB007801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and crystal chemica lcharacterization of the pyrochlore type MgZrSi207 (2011)
  • Author(s): Xu, J, Ito, E., Yamazaki, D., Guo, X., Wu, X.
  • Journal Title: Materials Chemistry and Physics Volume: 128 Pages: 410-412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of a New Carbon-Nitride-Related Material C2N2 (CH2) (2011)
  • Author(s): Sougawa, M., Sumiya, T., Takarabe, K., Mori, Y., Okada, T., Gotou, H., Yagi, T., Yamazaki, D., Tomioka, N., Katsura, T., Kariyazaki, H., Sueoka, K., Kunitsugu, S.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Pages: 095503
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.095503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High pressure generation using scaled-up Kawai-cell (2011)
  • Author(s): A.Shatskiy, T.Katsura, K.D.Litasov, A.V.Shcherbakova, Y.M.Borzdov, D.Yamazaki, A.Yoneda, E.Ohtani, E.Ito
  • Journal Title: Phys.Earth Planet.Inter. Volume: 189 Pages: 92-108
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 焼結ダイヤモンドアンビルを組み込んだ川井型装置の圧力発生と地球構成物質の弾性 (2011)
  • Author(s): 山崎大輔・伊藤英司・芳野極・下宿彰・郭シンツァン・単シャンミン・肥後祐司・國本健広・舟越賢一
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 沖縄キリスト教学院(沖縄県)
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] Interconnected ferro-periclase in the subducting slab at the top of lower mantle (2011)
  • Author(s): Daisuke Yamazaki
  • Organizer: 地球惑星関連連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉県)
  • Year and Date: 2011-05-25