超高圧実験による地球深部の構造とダイナミクスの研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01460052
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 伊藤 英司 岡山大学, 地球内部研究センター, 助教授 (00033259)
• 研究分担者: 高橋 栄一 東京工業大学, 理学部, 助教授 (40144779) ; 秋本 俊一 岡山大学, 地球内部研究センター, 教授 (50013462) ; 中村 栄三 岡山大学, 地球内部研究センター, 助手 (80201672)
• キーワード: ペロフスカイト / 融解実験 / 溶融鉄 / 中心核 / CO2 / サブダクション / 深発地震 / 超塑性

研究概要

MgSiO_3ペロフスカイト(Pv)の融解実験が行われ、この物質か、23GPaでは約2500℃で一致溶融し、融解曲線か〜25/GPaの小さな正の勾配をもつことが明らかになった。さらにMgOーFeOーSiO_2系について下部マントル条件下(P>24GPa)での融解実験を行った。その結果、マントル組成のリキダス相は(Mg Fe)Oマグネシオブスタイトであること、初生液の組成が上部マントル下部で生成される液よりSiO_2成分に富み、圧力とともにこの傾向が促進されることが判明した。さらに高圧下では、Pvが不一致溶融する可能性が示された。
鉄ーけい酸塩系の融解実験が24GPaで行われ、溶融鉄中へのSi、Oの溶け込みが観察された。特にシリケ-トメルトと共存する溶融鉄には3%以上のSiが認めれれた。この結果はSi、Oが中心核の主要な軽元素であること、核形成がマントル組成にも重大な影響を与えた可能性を示唆する。
CO_2成分の大気とマントル深部の間の循環が検討された。140Km以深ではCO_2は実際上揮発成分としての振るまいを示さずMgCO_3(マグネサイト)としてマントル中に貯えられて、火成活動に伴って徐々に大気中に放出されていることが明らかになった。また、サブダクションの際にはCO_2はH_2Oなどと流体相の形でスラブから抜けていくものとみなされ、高温高圧下での液相中へのCO_2の溶解度の決定が行われた。
我々のもとで作成されたオリビン-スピネル転移、ポストスピネル転移についての詳細な相平衡図をもとに、沈み込むスラブのダイナミクスが検討された。その結果、スラブ中の2重地震面や400km以深で発生する地震の機構が解明されるとともに、700km以深での急激な地震発生の消滅はポストスピネル転移の結果スラブが“超塑性"と呼ばれる変形機構に支配されることに起因することが明らかなった。

研究成果

• [文献書誌] S.Karato,K.Fujino,& E.Ito: "Plasticity of Mf SiO_2 Perovskite:The resolts of microhardness tests on singl crystals" Geophys.Res.Lett.17. 13-16 (1990)
• [文献書誌] H.Vollstadt,E.Ito,M.Akaishi,S.Akimoto,& O.Fukunaga: "High pressure syntesis of rocksalt type of Al" Proc.Jpn.Acad.66. 7-9 (1990)
• [文献書誌] M.Akaogi,H.Yusa,E.Ito,T.Yagi,K.Suito & J.T.IiYama: "The ZnSiO_3 clinopyroxeneーilmenite transition:Heat capacity,enthalpy of transition,and phase equilibria" Phys.Chem.Minerals. 17. 17-23 (1990)
• [文献書誌] O,Ohtaka,S.Kume & E.Ito: "Stability field of cotunniteーtype zirconia" J.Am.Cer.Soc.73. 744-745 (1990)
• [文献書誌] T.Katsura & E.Ito: "Melting and subsclidus phase relations in the MgSiO_3ーMgCO_3 System at high pressures:Implications to evolution of the earth's atomosphere" Earth Planet.Sci.Lett.99. 110-117 (1990)
• [文献書誌] E.Ito, M.Akaogi, L.Topr & A.Navrotsky: "Negatrve pressureーtemperatuere slpoes for reactions forming MgSiO_3 petrovskite from calorimetry" Science. 249. 1275-1278 (1990)
• [文献書誌] Y.Kudoh,C.T.Prewitt,L.W.Fineger,A.Darovskikh & E.Ito: "Effect of iron on the crystal structure of (Mg,Fe)SiO_3 Perovskite" Geophys.Res.Lett.17. 1481-1484 (1990)
• [文献書誌] A.YeganehーHaeri,D.J.weidner & E.Ito: "Elastic properties of the pyropeーmajorite solid solution series" Geophys.Res.Lett.17. 2453-2456 (1990)
• [文献書誌] L.C.Mining,Y.H.Kim,M.H.Manghnani,S.VsherーDevi & E.Ito: "Back transformation and oxidation of (Mg,Fe)2SiO_3ーSpinels at high temperatures" Phys.Chem.Mineals. (1990)
• [文献書誌] E.Ohtani,T.Kato & E.Ito: "Transition metal partitioning betyween lower mantle and core materials at 27GPa" Geophys.Res.Lett.(1991)
• [文献書誌] M.Ohsako & E Ito: "Thermal diffusivity of MgSiO_3 Petrovskite" Geophys.Res.Lett.(1991)
• [文献書誌] E.Ito & H.Sato: "Aseismicity in the lower mantle by superplasticity of the descending slab" Nature. (1991)
• [文献書誌] R.J.Kirkpatrick,D.Howell,B.L.Phillips,XーD.Cog,E.Ito & A.Navrotsky: " ^<29>Si MAS NMR spectroscopic study of MgSiO_3 perovskite" AD.Miral.(1991)
• [文献書誌] A.M.Hotmeister & E.Ito: "Thermodynamic properties of MgSiO_2 ilmenite from vibrational spectra" Phys.Chem.Minerals. (1991)
• [文献書誌] A.J.Prearley,D.C.Rubie & E.Ito: "Mechanisms of the transformations between the α,β and γ polymorphs of Mg_2SiO_4 at 900℃ and 15GPa" Phys.Chem.Minerals. (1991)