Sound velocity measurements of silicate glasses under Mbar pressure: implication for the stability of silicate melts at the bottom of the mantle

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14013
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Mashino Izumi 岡山大学, 惑星物質研究所, 特任助教 (50822102)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 超高圧実験 / 下部マントル / ダイヤモンドアンビルセル / ケイ酸塩ガラス

Outline of Final Research Achievements

We have conducted high-pressure sound velocity measurements of Fe3+-bearing enstatite glass by inelastic X-ray scattering (IXS) at BL43LXU, SPring-8 in a diamond anvil cell. We have obtained the high-resolution IXS spectra up to 72 GPa and determined the sound velocity of the enstatite glass. Especially at ambient pressure and under low-pressure conditions, we succeeded in determining both P-wave (VP) and S-wave (VS) velocities of the enstatite glass. In addition, we have conducted high-pressure Mossbauer spectroscopic measurements of the enstatite glass by synchrotron radiation Mossbauer spectrometer at BL11XU, SPring-8 in a diamond anvil cell. We have obtained the Mossbauer spectra of the enstatite glass up to 160 GPa.

Free Research Field

地球惑星物性学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

メルトは主に周囲の岩石との密度差に由来する正負の浮力によって移動する。したがってケイ酸塩メルト（マグマ）と結晶（岩石）の高圧下における重力的安定性は、地球のダイナミクスを理解する重要な手掛かりとなる。特に、マントル深部のような超高圧下におけるケイ酸塩メルトの物性を実験的に明らかにすることは、大規模溶融したと考えられている地球の分化過程と内部構造を理解するためには必要不可欠である。ケイ酸塩ガラスは高温下におけるケイ酸塩メルトのアナログ物質であり、ケイ酸塩ガラスの物性を知ることは、地球深部でのメルトの挙動の解明につながる。