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鉱物多結晶体の超塑性3 粒径変化とのカップリング

Research Project

Project/Area Number 18H03734
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

平賀 岳彦  東京大学, 地震研究所, 教授 (10444077)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥43,940,000 (Direct Cost: ¥33,800,000、Indirect Cost: ¥10,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2018: ¥14,820,000 (Direct Cost: ¥11,400,000、Indirect Cost: ¥3,420,000)
Keywords鉱物 / 超塑性 / 粒径 / マントル / 輝石 / 拡散クリープ / オリビン / アセノスフェア / 粒界 / 粒成長 / フォルステライト / 海洋リソスフェア
Outline of Annual Research Achievements

造岩鉱物における超塑性変形(拡散クリープ)をオリビン以外で起きるかを検証するために、上部マントルおよび下部地殻の主要鉱物である単斜輝石多結晶体の高温変形特性を調べた。高温・大気圧下での一軸圧縮試験より単斜輝石(CaMgSi2O6)の高温変形特性を明らかにすることに成功した(Ghosh et al., 2021 JGR)。具体的には、通電焼結法を用いて僅かにフォルステライト(Mg2SiO4)もしくはアノーサイト(CaAl2Si2O8)を含み、粒径が0.43 μm から4.07 μm まで大きく異なる高緻密多結晶体を合成した。本試料を1050~1170℃下での変形実験に用いた。同じ粒径および温度において、アノーサイトを含む試料がフォルステライトを含む試料の3倍程度柔らかい。応力-歪速度の線形的な関係から拡散クリープであること、また、粒径-粘性率の関係から体(結晶内)拡散がクリープを律速していることが分かり、試料間の固さの違いは、Alの単斜輝石格子拡散への促進効果と考えられる。これらの実験結果に基づいて、単斜輝石の拡散クリープ則を提案した。本クリープ則を基準にこれまでに複数の研究グループから報告された実験データを再解析した。従来、粒界拡散クリープと認定され各報告間で矛盾するデータとされてきたものが、体拡散クリープで統一的に説明できることを示した。得られた拡散クリープの著しく大きな活性化エネルギー720 kJ/molは単斜輝石を主要とする岩石の高温下での著しい弱化を予想する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

造岩鉱物における超塑性変形(拡散クリープ)をオリビン以外で示すことに成功し、クリープメカニズムの普遍性を支持する結果である。

Strategy for Future Research Activity

主要造岩鉱物に超塑性変形(拡散クリープ)の普遍性を検証するために斜長石の高温変形特性を実験的に明らかにする。フォルスライト+ぺリクレースにおける超塑性変形特性および粒成長の結果をまとめ、国際誌に公表する。オリビンの超塑性変形時における結晶軸選択配向のパターン変化について実験的に明らかにする。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(9 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Diffusion Creep of Diopside2021

    • Author(s)
      Ghosh S.、Koizumi S.、Hiraga T.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      Volume: 126 Issue: 1 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1029/2020jb019855

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Grain boundary diffusion creep of olivine: 1. Experiments at 1 atm2020

    • Author(s)
      K. Yabe, K. Sueyoshi, T. Hiraga
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      Volume: 125 Issue: 8 Pages: 1-33

    • DOI

      10.1029/2020jb019415

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Grain boundary diffusion creep of olivine: 2. Solidus effects and consequences for the viscosity of the oceanic upper mantle2020

    • Author(s)
      K. Yabe, T. Hiraga
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      Volume: 125 Issue: 8 Pages: 1-22

    • DOI

      10.1029/2020jb019416

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vickers indentation tests on olivine: size effects2020

    • Author(s)
      Koizumi Sanae、Hiraga Takehiko、Suzuki Tohru S.
    • Journal Title

      Physics and Chemistry of Minerals

      Volume: 47 Issue: 2 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1007/s00269-019-01075-5

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Diffusion creep and grain growth in forsterite+ 20 vol% enstatite aggregates: 1. High‐resolution experiments and their data analyses.2018

    • Author(s)
      Nakakoji, T., Hiraga, T., Nagao, H., Ito, S., & Kano, M.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 123 Issue: 11 Pages: 9486-9512

    • DOI

      10.1029/2018jb015819

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diffusion creep and grain growth in forsterite+ 20 vol% enstatite aggregates: 2. Their common diffusional mechanism and its consequence for weak‐temperature‐dependent viscosity.2018

    • Author(s)
      Nakakoji, T., & Hiraga, T.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 123 Issue: 11 Pages: 9513-9527

    • DOI

      10.1029/2018jb015818

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Olivine fabric development during diffusion creep by channel angular extrusion2021

    • Author(s)
      N. Kim, T. Hiraga
    • Organizer
      International Conference on Textures of Materials
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On the low stress power-law creep of polycrystalline olivine2019

    • Author(s)
      T Hiraga, K Yabe and T Nakakoji
    • Organizer
      American Geophysial Union
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Small and large effective activation energies of diffusion creep in the oceanic lithosphere and asthenosphere2018

    • Author(s)
      Hiraga T., Nakakoji T., Yabe, K.
    • Organizer
      American Geophysical Union
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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