2012 Fiscal Year Annual Research Report
マントルの水マッピング：高温高圧下の地震波減衰特性と電気伝導度からの制約
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24244087
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
芳野 極 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (30423338)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米田 明 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (10262841)
西原 遊 愛媛大学, 学内共同利用施設等, 講師 (10397036)
山崎 大輔 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (90346693)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 水 / マントル / 地震波減衰 / 電気伝導度 / Q値 / 粒界 |
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| Research Abstract |
本研究は、マントル内部の水の量と分布を高温高圧実験で決定することを目的とする。電気伝導度は岩石内の水素や水のような少量の導電物質に敏感であることから、水のマッピングに適した物性であると考えられる。電気伝導度に関しては手法がある程度確立されてきているので、水を含む岩石の電気伝導度測定はすでに開始している。地震波の減衰も少量の水に敏感であると考えられている。そこで、実験的にマントル物質のQ値を決定するための手法および装置開発を行った。
本年度は、研究課題としてSPring8で採択された周期的変形によるQ値決定を既存のシステムを用いてオリビンの多結晶体について行った。試料にはサンカルロス産のオリビンの合成多結晶体を用い、標準物質にはアルミナの多結晶体、MgO の単結晶を用いて行った。アルミナの多結晶体は歪みが非常に小さく、周期１５秒で油圧の吐出量を100％に設定しても、歪みの変動を明瞭に捉えることができなかった。そこで、標準物質をMgOの単結晶に変更したところ、周期１５秒まで解析可能な歪み量を検出できることが分かった。既存のシステムでは、周期１５秒が測定可能な最短周期である。より短い周期での減衰wを観察するため、SPring-8のBL04B1に敷設されている差動ラムを備えたD-DIAプレスの油圧システムの改良を行った。より短周期振動が可能なソレノイド型電磁弁を組み込んだ短周期振動システムをプレスの直近にビームタイムの終わった今年度末に設置した。ステンレスブ ロックを用いた試験の結果、短周期においてもDラムのストロークの変化が確認できた。したがって、このシステムを用いると0.01~5Hzまでの周波数領域がカバーできることが分かった。試料を実測しないと分からないが、少なくとも周期１秒の振動は観測できそうなので、来年度はこのシステムを用いてさらに短周期での測定法を確立する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の研究計画における最大の達成目標は、高速振動油圧プレスを開発し、大型放射光施設SPring8のビームラインに敷設されている変形DIA型マルチアンビルプレスに導入することであった。当該年度の末に無事に同装置の設置を完了し、1Hzを超える周波数帯まで期待通りの性能を発揮することがダミーサンプルを圧す振動試験によって確認できた。また、既存のシステムを用いて長周期でQ値測定法も同時に確立を目指した。当初はアルミナの多結晶体を標準物質として用いて解析を行ったが、試料に対して振幅が小さいため、周期が３０秒程度の振動では油圧を最大吐出量に設定した時でさえ、振動をうまく検出することができなかった。そのため、減衰の少ないことが期待される単結晶を標準物質をいくつか試験した。その結果、マグネシアの単結晶は周期的振動によってある程度の振幅を稼げることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度設置された高速振動油圧システムを用いて、幅広い周波数帯域でのQ値測定を本格的に開始する。研究を遂行する上での問題となるのは、同システムを用いて試料に解析可能な微小歪みを発生させ、Q値が決定できるかどうか如何にある。Q値測定のためには、最適な歪みを発生できる条件を振動周期に応じて、まず逐次的に見いだすことが必要であるが、今までの経験からMgO単結晶やフォルステライト単結晶を標準試料に用いれば、画像解析可能な十分な歪みが観測できるものと思われる。また、今までより短い周期で連続画像を取得しなければいけないので画像取得の条件もオプティマイズする必要がある。これも最速20ミリ秒までの連続画像を取得できる設備が整っており、十分に解析可能なスペックがあるので周期１秒くらいの短周期であれば、解析可能であると思われる。
本研究課題では、結晶粒界の物性の影響を知るために、単結晶と多結晶体の物性の比較をすることを予定しているので、高圧鉱物に関しては単結晶を合成することを必要とする。そのために、単結晶高圧合成法の確立にも着手する。特に難しい点は水の影響を把握するために極力無水の単結晶合成をすることにある。含水の単結晶合成は比較的容易であるが、無水のものに関しては結晶成長を促すための水以外の溶媒を探索する必要が生じる。現状では炭酸塩の溶媒を使用することを考えている。
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