鉱物多結晶体の超塑性３ 粒径変化とのカップリング

• 研究課題/領域番号: 18H03734
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平賀 岳彦 東京大学, 地震研究所, 教授 (10444077)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2019年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2018年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
• キーワード: 超塑性 / 粒成長 / 粘性率 / 下部マントル / 拡散クリープ / 地震波速度異方性 / 粒子形 / 粒子成長 / 結晶軸選択配向 / 粒界すべり / 鉱物 / 粒径 / マントル / 輝石 / オリビン / アセノスフェア / 粒界 / フォルステライト / 海洋リソスフェア

研究成果の概要

フォルステライト(Mg2SiO4)＋10vol%ペリクレース(MgO)多結晶体では、最も遅い拡散種であるSiが第1相であるフォルステライトにのみ含まれている。この多結晶体に対し一軸圧縮クリープ実験および粒成長実験を行った。その結果、クリープ速度と粒成長速度から推定された拡散係数が同じであること、つまりクリープ（超塑性変形）と粒成長が、共通の拡散メカニズムに支配されていることが明らかになった。多くの岩石において、最も遅い拡散種が第一相に含まれる。拡散クリープ中の多結晶体の粘性率は粒成長およびクリープに共通な拡散係数で決定され、その粒径に至った時間から粘性率が分かる粒径‐時間粘度計が提案された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球内部のマントル対流を司るマントル粘性率に対して、岩石を構成する鉱物の粒径およびそれに至るまでの時間から粘性率を求める手法を確立した。実際に観察される粒径と推定された地質時間を用いて、従来困難であった下部マントル、特に核ーマントル境界という下部マントル最深部の粘性率推定を行った。最深部においては、大きな粒径変化（粒成長）が予想され、最大粘性率の形で提案された。

研究成果

• [雑誌論文] Diffusion Creep Characteristics of Anorthite Revealed by Uniaxial and Pure Shear Deformation Experiments (2023)
  • 著者名/発表者名: Yabe K.、Koizumi S.、Hiraga T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 128 号: 3 ページ: 1-32
  • DOI: 10.1029/2022jb024752
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Common Diffusional Mechanism for Creep and Grain Growth in Polymineralic Rocks: Experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Okamoto A.、Hiraga T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 127 号: 9 ページ: 1-29
  • DOI: 10.1029/2022jb024638
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Olivine Morphology and Fabric During Diffusion Creep: Pure Shear Experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim N.、Ando A.、Yabe K.、Hiraga T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 127 号: 5 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1029/2021jb023613
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diffusion Creep of Diopside (2021)
  • 著者名/発表者名: Ghosh S.、Koizumi S.、Hiraga T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 126 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1029/2020jb019855
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grain boundary diffusion creep of olivine: 1. Experiments at 1 atm (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Yabe, K. Sueyoshi, T. Hiraga
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 125 号: 8 ページ: 1-33
  • DOI: 10.1029/2020jb019415
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grain boundary diffusion creep of olivine: 2. Solidus effects and consequences for the viscosity of the oceanic upper mantle (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Yabe, T. Hiraga
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 125 号: 8 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1029/2020jb019416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vickers indentation tests on olivine: size effects (2020)
  • 著者名/発表者名: Koizumi Sanae、Hiraga Takehiko、Suzuki Tohru S.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 47 号: 2 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s00269-019-01075-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Diffusion creep and grain growth in forsterite+ 20 vol% enstatite aggregates: 1. High‐resolution experiments and their data analyses. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakakoji, T., Hiraga, T., Nagao, H., Ito, S., & Kano, M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 123 号: 11 ページ: 9486-9512
  • DOI: 10.1029/2018jb015819
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Nakakoji, T., & Hiraga, T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 123 号: 11 ページ: 9513-9527
  • DOI: 10.1029/2018jb015818
  • 査読あり
• [学会発表] Synthesis of highly dense fine-grained upper mantle composites from sedimentary mud in the peridotite quarry (2022)
  • 著者名/発表者名: Sanae Koizumi, Takehiko Hiraga,
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Grain-boundary diffusion creep of olivine and its application to the oceanic upper mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Yabe, Takehiko Hiraga
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Olivine fabric development during diffusion creep by channel angular extrusion (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Kim, T. Hiraga
  • 学会等名: International Conference on Textures of Materials
  • 国際学会
• [学会発表] On the low stress power-law creep of polycrystalline olivine (2019)
  • 著者名/発表者名: T Hiraga, K Yabe and T Nakakoji
  • 学会等名: American Geophysial Union
  • 国際学会
• [学会発表] Small and large effective activation energies of diffusion creep in the oceanic lithosphere and asthenosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiraga T., Nakakoji T., Yabe, K.
  • 学会等名: American Geophysical Union
  • 国際学会