スラブ深部における準安定エンスタタイトの相転移と流動強度変化に関する実験的研究

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K14125
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 坪川 祐美子 九州大学, 理学研究院, 助教 (40824280)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: エンスタタイト / アキモトアイト / スラブ / 相転移 / 高圧変形実験

Outline of Annual Research Achievements

プレートの第二成分であるエンスタタイトは、冷たいスラブ内では遅い原子拡散のために分解反応は進まず、アキモトアイトへ直接相転移すると考えられる。このエンスタタイト-アキモトアイト直接相転移は、細粒な高圧相粒子が生じることに加え、大幅な体積減少（~12vol.%）を伴うことが特徴であり、スラブの軟化や剪断不安定化の原因になりうることが指摘されている（Hogrefe+, 1994; Nature）。本研究では、沈み込むスラブ深部条件下においてエンスタタイトの圧力誘起相転移を伴う変形実験を行い、エンスタタイト-アキモトアイト直接相転移の様式と流動強度変化について、その詳細を明らかにしようと試みている。
昨年度に引き続き実施中の放射光その場観察相転移変形実験から、エンスタタイトの相転移はその温度圧力条件で異なる特徴を示すことが確認されている。具体的には、エンスタタイト相転移は圧力が高いほどより低い温度から開始し、またその相転移組織については、圧力が低く温度が高いほど、エンスタタイト粒内よりも粒界から相転移が進行する様子が認められている。このエンスタタイト粒界に出現するアキモトアイトは、圧縮軸に対し垂直方向の粒界において選択的に生じ、その結晶が成長する向きには優先性があった。また、現在までに行った変形実験の範囲内（~900-1100 ℃, ~17-23 GPa, ~1E-5s^-1）では、出現したアキモトアイトの流動強度はエンスタタイトと同程度（~1-4 GPa）であり、変形組織には剪断不安定化を示すような特徴は認められていない。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

長期的な体調不良が主な原因で、当初の予定通りに高圧実験や回収試料の組織観察が進まず予定が遅れている。また、アキモトアイト単相の流動強度測定を目指し、変形実験の出発物質としてエンスタタイト多結晶体（原料は天然エンスタタイトの粉末）からのアキモトアイト合成を試みたが、実施した複数の実験条件下で回収試料にはアキモトアイトではなくスピネル相＋スティショバイト相が出現しており、当初計画していた通りに出発物質を用意できなかったことも原因である。

Strategy for Future Research Activity

スラブの流動強度に及ぼすエンスタタイト-アキモトアイト相転移の影響を評価するためには、これまで実施してきたエンスタタイト単相やエンスタタイト＋アキモトアイト２相に加え、アキモトアイト単相においてもその流動強度の温度依存性・圧力依存性等について評価を行う必要がある。次年度は原料や合成の温度圧力条件等を見直すことで、変形実験の出発物質となるアキモトアイト多結晶体を用意し、アキモトアイト単相の流動強度測定を行う予定である。また、本実験条件下で卓越するアキモトアイトの変形メカニズムについて、回収試料の微細組織観察に基づく評価も行う。

Causes of Carryover

研究代表者の長期的な体調不良から研究計画に遅れが生じたことで、当初予定していた実験や観察に必要であった物品費に由来し次年度使用額が生じている。これは翌年度分の請求額と合わせ、次年度行う実験や観察に必要な物品費へ充てるつもりである。