下部マントル最下部条件までのマントル鉱物の原子拡散の決定と粘性プロファイルの構築

• Project/Area Number: 12J08500
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: The University of Tokyo (2013-2014); Okayama University (2012)
• Principal Investigator: 下宿 彰 東京大学, 地震研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 拡散 / 下部マントル / 粘性 / ペロフスカイト / 焼結ダイヤモンドアンビル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、下部マントルの主要構成物質であるブリッジマナイトと酸化マグネシウム中の原子の拡散速度を下部マントル最下部の温度圧力条件下まで決定することを目標に研究を行った。その結果からこれらの物質が塑性変形した際の粘性率を計算し、沈み込むスラブや上昇するマントルプリュームを含む全マントルにおける粘性プロファイルを構築を目指した。
ブリッジマナイト中のケイ素の拡散係数は非常に遅く、信頼できる拡散係数を得るために必須である長距離の拡散プロファイルを得ることが困難であると考え、拡散速度の速い酸化マグネシウム中の酸素の拡散実験に取りくんだ。30から50万気圧、1873Kの圧力温度条件を目標に実験を行った。高圧発生には、６軸型高圧発生装置（6-UHP）を使用し、アンビル材には焼結ダイヤモンドアンビルを使用した。試料に加わっている圧力は、初年度に作成した圧力較正曲線に基づき、6-UHPに加えた油圧から推定した。圧力媒体には、CrをドープしたMgOを使用し、電極にはレニウムを使用した。ヒーター材には、LaCrO3を使用し、ヒーターの中心部に熱電対を配置し温度を測定した。出発物質には、18Oに富むMgOの薄膜を蒸着した酸化マグネシウムを使用した。しかし、加圧中や加熱中に試料の吹き出しが起こってしまい、信頼できる拡散プロファイルを得ることができなかった。
また拡散実験と併行し、フォルステライトと酸化マグネシウムの混合多結晶体中の電気伝導度測定実験にも取り組み、温度や粒径依存性を明らかにした。電気伝導度の活性化エネルギーは、試料の平均結晶粒径が0.3から1.3 ミクロンの範囲内において、255-272kJ/molであった。また、電気伝導度は粒径の2/3乗に比例して減少することがわかった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Electrical conductivity of albite-(quartz)-water and albite-water-NaCl systems and its implication to the high conductivity anomalies in the continental crust (2015)
  • Author(s): Xinzhuan Guo, Takashi Yoshino, Akira Shimojuku
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 412 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2014.12.021
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rheological Properties of the Mantle Transition Zone Inferred from Diffusion Studies (2014)
  • Author(s): 下宿彰
  • Journal Title: The Review of High Pressure Science and Technology Volume: 24 Issue: 2 Pages: 100-107
  • DOI: 10.4131/jshpreview.24.100
  • NAID: 130004447676
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High-pressure synthesis and application of 13C diamond pressure sensor for the experiments in a hydrothermal diamond anvil cell (2014)
  • Author(s): Nadezda Chertkova, Shigeru Yamashita, Eiji Ito, Akira Shimojuku
  • Journal Title: Mineralogical Magazine Volume: 78 Issue: 7 Pages: 1677-1685
  • DOI: 10.1180/minmag.2014.078.7.11
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of pressure and temperature on the silicon diffusivity of pyrope-rich garnet (2014)
  • Author(s): Akira Shimojuku, Tomoaki kubo, Takumi Kato, Takashi Yoshino, Masayuki Nishi, Tomoki Nakamura, Ryuji Okazaki, Yuki Kakazu
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 226巻 Pages: 28-38
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.11.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conductivity of stishovite as a function of water content (2014)
  • Author(s): Takashi Yoshino, Akira Shimojuku, Danyang Li
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 227巻 Pages: 48-54
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.12.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conductivity of brine-bearing quartzite at 1 GPa : implications for fluid content and salinity of the crust. (2014)
  • Author(s): Akira Shimojuku, Takashi Yoshino, Daisuke Yamazaki
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: (印刷中) Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1186/1880-5981-66-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Growth of ringwoodite reaction rims from MgSiO_3 perovskite and pericl ase at 22.5 GPa and 1800 ℃ (2014)
  • Author(s): Akira Shimojuku, Asmaa Boujibar, Daisuke Yamazaki, Takashi Yoshino, Naotaka Tomioka, Junshan Xu
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: (印刷中) Issue: 7 Pages: 555-567
  • DOI: 10.1007/s00269-014-0669-x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パイロープに富むガーネット中のSi拡散の温度と圧力依存性 (2013)
  • Author(s): 下宿彰、久保友明、加藤工、西真之、芳野極、中村智樹、岡崎隆司、嘉数勇基
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(千葉市美浜区)