珪酸塩超高圧相のカロリメトリ-によるマントル深部構造とダイナミックスの研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03453058
• 研究機関: 学習院大学
• 研究代表者: 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)
• 研究分担者: 長沢 宏 学習院大学, 理学部, 教授 (80080464)
• キーワード: マントル / 熱容量 / 転移エンタルピ- / 高圧実験 / MgSiO_3ザクロ石 / MgSiO_3ペロブスカイト

研究概要

平成3年度には、本研究代表者が設計し、日立金属(株)が製作した分割円柱型アンビル・ガイドブロックが購入された。.このアンビルは、従来の分割球型アンビルに比べて、アンビル相互の位置調整が容易である点で優れている.またガイドブロック搬送装置は泉陽(株)によって製作された.これらの装置を当教室の600トン一軸圧縮装置に組み込み、圧力発生実験が行われ、すでに20GPaまでの圧力が安定に出されており、この装置が所期の性能を有することが確認された.これらの装置の製作期間に、MgSiO_3ザクロ石の高圧合成が、岡山大学地球内部研究センタ-伊藤英司教授との共同研究で進められた.このザクロ石相とMgSiO_3輝石相の溶解エンタルピ-が、当教室の高温微少熱量計を用いて測定された.それに基づく983Kでの輝石→ザクロ石転移のエンタルピ-は30.8±3.1kj/molであった.また両相の熱容量が示差走差熱量計で測定された.MgOーSiO_2系の高圧相転移に関する今までの熱力学デ-タに上記の結果を合わせて、MgSiO_3の主要な全高圧相転移の相境界線を熱力学的に計算した.計算された相境界線は高圧実験のデ-タとだいたいにおいて一致する.MgSiO_3正方晶系ザクロ石構造中のMgとSiの部分的な無秩序配列を考慮した計算では、輝石→ザクロ石転移境界は負の勾配を持ち、ザクロ石→ペロブスカイト転移境界は正の勾配であることが示された.後者の転移は、マントル遷移層底部付近の深さで沈み込むスラブで起こると考えられる相転移であり、従来その勾配は決められていなかった.この勾配が正であるということは、この転移がスラブの沈み込みを促進することになる.さらにMgSiO_3ペロブスカイトを超高圧下で合成し、その熱容量を測定する実験が行われつつある.

研究成果

• [文献書誌] Akaogi,M.: "Bridgman anvil with a sintered diamond core for phase transformation studies at high pressures and high temperatures" Proc.Japan Acad.67. 61-65 (1991)
• [文献書誌] McMillan,P.: "Hydroxyl groups in βーMg_2SiO_4" Amer.Mineral.76. 354-360 (1991)
• [文献書誌] Akaogi,M.: "Highーpressure highーtemperature stability of αPbO_2ーtype TiO_2 and MgSiO_3 majorite:calorimetric and in situ xーray differaction studies" HighーPressure Reseach:Application to Earth and Planetary Sciences(Y.Syono & M.H.Manghnani,eds.),Terra Sci.Publ.(1992)
• [文献書誌] Uchiyama,Y.: "Isothermal compression curve of MgSiO_3 tetragonal garnet" Phys.Earth Planet.Inter.(1992)
• [文献書誌] Yusa,H.: "Calorimetric study of MgSiO_3 garnet and pyroxene:heat capacity,transition enthalpies and equilibrium phase relations in MgSiO_3 at high pressures and temperatures" J.Geophys.Res.(1992)