Rheological properties of the oceanic crust subducted to the Earth's deep interior

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18647
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Azuma Shintaro 東京工業大学, 理学院, 助教 (60771293)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 回転式ダイヤモンドアンビルセル / レオロジー / 高温高圧 / 変形実験 / 海洋地殻 / スティショバイト / 近赤外線

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a new experimental apparatus (IRrDAC) in which combines the rotational diamond anvil cell and near-infrared focused heating, and demonstrated its capability for high-temperature deformation experiments under the lower mantle pressures. Deformation experiments using this apparatus on hydrous stishovite (SiO2, 1750±150 ppm H2O) suggest that the flow strength may be similar to that of ferropericlase. On the other hand, high-temperature and high-pressure deformation experiments (16-54 GPa, room temperature-650℃) of hydrous stishovite using IRrDAC confirmed the temperature and pressure dependence on its flow strength.

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

これまで下部マントルに相当する圧力下(23-135 GPa)で定量的な高温変形実験を行うことは非常に困難であった。これに対し、本研究では我々研究グループが開発してきた回転式ダイヤモンドアンビルセルと新たな加熱手法の近赤外線集光加熱を組み合わせ、大型放射光施設SPring-8のビームライン上に最適化することで可能にした。これによって、今まで得ることが困難であった地球深部へと沈み込んでいる海洋地殻物質の高温高圧大ひずみ変形が可能となり、流動強度における温度依存性や圧力依存性を観察するに至った。