揮発性成分が地球深部のマグマの粘度に与える影響

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21684032
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鈴木 昭夫 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20281975)
• Project Period (FY): 2009-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: マグマ / 粘度 / マントル / 放射光 / 揮発性成分 / 高圧力

Research Abstract

地球内部で発生するマグマには，多かれ少なかれ揮発性成分が含まれる．マグマに揮発性成分が溶け込むことによりマグマの物性が変化し，例えば密度は低下する．一方，マグマのもう一つの重要な物理量である粘度については，高圧力下での実験的研究はあまり行われておらず，不明な点が多かった．本研究では特に二酸化炭素に着目し，マグマの粘度に与える影響を調べた．
ヒスイ輝石(NaAlSi2O6)組成のマグマ（珪酸塩メルト）は常圧下で(Si,Al)O4ネットワーク重合度の高い構造を持っている．このメルトの粘度を高圧力下で測定すると，圧力の増加とともに粘度が低下することが分かっていた．本研究では広範な温度圧力下で粘度測定を行い，2.5GPa付近で粘度の減少が停止し，さらなる高圧力下では粘度が殆ど変化しないことが分かった．いっぽう，粘度の温度依存性は実験の圧力範囲内で，常圧下での値と殆ど変化しないことが示された．このヒスイ輝石組成のメルトに二酸化炭素を加えると，0.5 wt%程度の添加でおよそ１桁の粘度減少が認められた．
一方，透輝石(CaMgSi2O6)は，ヒスイ輝石と同じく結晶では輝石の構造だが，この組成のメルトは常圧下で重合度が低い．このメルトの粘度は圧力の増加とともに増加するが，我々によるＸ線その場観察落球法による測定の結果，従来行われた急冷法による測定と較べて，圧力の増加に伴う粘度増加の割合が非常に小さいことが分かった．ただし，正の勾配を持つ点は一致している．さて，この透輝石組成のメルトに二酸化炭素を加えた場合，粘度減少の割合はヒスイ輝石と較べて大幅に小さいことが分かった．粘度減少に違いがあるということは，すなわち，二酸化炭素が珪酸塩メルトの構造に与える影響が重合度によって異なることがわかる．これは，モデル玄武岩組成を用いた我々の結果とも調和的である．

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Viscosity of CO2-bearng silicate melts at high pressure. (2013)
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report Volume: 29 Pages: 287
• [Journal Article] Superplasticity in hydrous melt-bearing dunite: implications for shear localization in Earth's upper mantle (2012)
  • Author(s): Ohuchi, T., Nishihara, Y., Kawazoe, T., Spengler, D., Shiraishi, R., Suzuki, A., Kikegawa, T., Ohtani, E.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 335-336 Pages: 59-71
  • DOI: DOI:10.1016/j.epsl.2012.04.032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stability of Fe-Ni hydride after the reaction between Fe-Ni alloy and hydrous phase (δ-AlOOH) up to 1.2Mbar: Possibility of H contribution to the core density deficit (2012)
  • Author(s): Terasaki, H., Ohtani, E., Sakai, T., Kamada, S., Asanuma, H., Shibazaki, Y., Hirao, N., Sata, N., Ohishi, Y., Sakamaki, T., Suzuki, A., Funakoshi, K.-I.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 194-195 Pages: 18-24
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2012.01.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density measurements of liquid Fe-S at high pressure using in-situ synchrotron sink/float method. (2012)
  • Author(s): Nishida, K., Ohtani, E., Tateyama, R., Shibazaki, Y., Suzuki, A., Kikegawa, T.
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report Volume: 28 Pages: 219
• [Journal Article] High-pressure decomposition reaction of albite under differential stresses. (2012)
  • Author(s): Doi, N., Kato, T., Kubo, T., Noda, M., Shiraishi, R., Suzuki, A., Ohtani, E., Kikegawa, T.
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report Volume: 28 Pages: 221
• [Journal Article] Rheology of fine-grained forsterite at high-pressure. (2012)
  • Author(s): Nishihara, Y., Ohuchi, T., Kawazoe, T., Spengler, D., Tasaka, M., Hiraga, T., Kikegawa, Suzuki, A., Ohtani, E.
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report Volume: 28 Pages: 236
• [Presentation] Properties of basaltic magmas and volatiles: application to origin of the asthenosphere-lithosphere boundary.
  • Author(s): Ohtani, E., Sakamaki, T., Suzuki, A., Wang, Y., Hernrund, J., Ballmer, M.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2012
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] Viscosity of carbon dioxide-bearing silicate melt at high pressure.
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: The 22nd V.M. Goldschmidt Conference
  • Place of Presentation: Montreal, Canada
• [Presentation] The role of carbon dioxide on the viscosity of diopside (CaMgSi2O6) composition melt at high pressure.
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: IUCr Commission of High Pressure 2012 Meeting “Advances in Crystallography at High Pressures” International Symposium of the Quantum Beam Science Directorate, Japan Atomic Energy Agency
  • Place of Presentation: ホテルレイクビュー水戸（茨城県）
• [Presentation] The effect of oxygen on density of liquid iron at high pressure.
  • Author(s): Takubo, Y., Terasaki, H., Shimoyama, Y., Urakawa, S., Suzuki, A., Nishida, K., Kamuro, R., Kishimoto, S., Kondo, T., Ohtani, E., Katayama, Y.
  • Organizer: AGU 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] The effect of carbon content on density of liquid Fe-C at high pressure.
  • Author(s): Shimoyama, Y., Terasaki, H., Ohtani, E., Urakawa, S., Takubo, Y., Nishida, K., Suzuki, A., Katayama, Y.
  • Organizer: AGU 2012 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
• [Presentation] Density measurement of melts by X-ray absorption method at KEK NE7A station.
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: Approach to the center of the Earth
  • Place of Presentation: 緑水亭（宮城県）
• [Presentation] Forming reaction of matastable seifertite and influence of water.
  • Author(s): Hamaki, K., Ohtani, E., Suzuki, A.
  • Organizer: Approach to the center of the Earth
  • Place of Presentation: 緑水亭（宮城県）
• [Presentation] Creep behavior during the eutectoid transformation of albite.
  • Author(s): Doi, N., Kato, T., Kubo, T., Noda, M., Shiraishi, R., Suzuki, A., Ohtani, E., Kikegawa, T.
  • Organizer: The 3rd Global-COE Symposium on Deep Earth Mineralogy In conjunction with TANDEM 2013
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県）
• [Presentation] Viscosity of CO2-bearing silicate melts at high pressure.
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: The 3rd Global-COE Symposium on Deep Earth Mineralogy In conjunction with TANDEM 2013
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県）
• [Presentation] 含水メルトを含むダナイトの超塑性：上部マントルにおけるせん断集中
  • Author(s): 大内智博，西原遊，川添貴章，シュペングラー ディルク，白石令，鈴木昭夫，亀卦川卓美，大谷栄治
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] CO2を含む珪酸塩メルトの粘度
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 日本鉱物科学会2012年年会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府）
• [Presentation] 鉄融体の密度に与える酸素の効果
  • Author(s): 田窪勇作，寺﨑英紀，下山裕太，浦川啓，鈴木昭夫，西田圭佑，鹿室僚太，岸本俊八，近藤忠，大谷栄治
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府）
• [Presentation] 高温高圧下におけるFe-Cメルトの密度
  • Author(s): 下山裕太，大谷栄治，寺﨑英紀，浦川啓，西田圭佑，田窪勇作，中塚明日美，鹿室僚太，横田育美，岸本俊八，鈴木昭夫，片山芳則
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府）
• [Presentation] 揮発性成分がマグマの粘度に与える効果
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府）
• [Presentation] 銅ハライドCuBr（I-VII化合物）における高温高圧での相関係の熱力学的考察
  • Author(s): 平井望，濱上敬介，鈴木昭夫，亀卦川卓美，舟越賢一，下埜勝，大高理
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府）
• [Presentation] 揮発性成分を含むマグマの粘度
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 第1回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県）
• [Presentation] カンラン石の高圧下でのレオロジー
  • Author(s): 西原遊，大内智博，川添貴章，Dirk Spengler，田阪美樹，平賀岳彦，白石令，鈴木昭夫，亀卦川卓美，大谷栄治
  • Organizer: 第1回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県）
• [Presentation] KEK-AR NE7AでのＸ線吸収による液体密度測定の試み
  • Author(s): 渕崎員弘，浜谷望，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • Organizer: 第1回物構研サイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県）
• [Presentation] Silicate-C-O-H-N fluids and melts at upper mantle temperatures, pressures, and redox conditions.
  • Author(s): Mysen, B., Tomita, T., Ohtani, E., Suzuki, A.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] Viscosity of CO2-bearing silicate melts at high pressure.
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] Solubility of Carbon in metallic liquid under high pressure in the natural carbonaceous chondrite system.
  • Author(s): Asahara, Y., Ohtani, E., Suzuki, A.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] In-situ determination of NOHD species in coexisting silicate melt and fluid.
  • Author(s): Tomita, T., Mysen, B., Ohtani, E., Suzuki, A.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] The effect of carbon on density and elastic property of liquid Fe-C under high pressure.
  • Author(s): Shimoyama, Y., Terasaki, H., Ohtani, E., Urakawa, S., Takubo, Y., Nishida, K., Suzuki, A., Katayama, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] Phase relationships of the Fe-Ni-S system at 15GPa.
  • Author(s): Kamuro, R., Urakawa, S., Suzuki, A., Kawamura, K.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] Thermal equation of state of manganite
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] J-PARC, PLANETにおける無水及び含水アルバイトガラスの高圧下中性子回折実験と中性子イメージング予備実験
  • Author(s): 井上徹，山田明寛，浦川啓，鈴木昭夫，有馬寛，寺崎英紀，大高理，服部高典，佐野亜沙美
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] シンクロトロン放射光分析による鉱物の高圧相転移とレオロジーに関する研究
  • Author(s): 土井菜保子，加藤工，久保友明，野田真彦，長與陽子，今村公裕，白石令，鈴木昭夫，大谷栄治，西原遊，亀卦川卓美，肥後祐司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）
• [Presentation] 月核条件でのFe-O-S系の融解と オリビン・鉄メルトの反応： 月核マントル境界への応用
  • Author(s): 赤松明香，大谷栄治，鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県）