地球の初期分化と進化に関する実験的研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05102003
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 伊藤 英司 岡山大学, 固体地球研究センター, 教授 (00033259)
• 研究分担者: 中村 栄三 岡山大学, 固体地球研究センター, 教授 (80201672)
• キーワード: 地球中心核 / マグマオーシャン / 元素分配 / 超高圧高温実験 / 焼結ダイアモンド / 極微量元素分析 / 二次イオン質量分析計

研究概要

焼結ダイアモンド(SD)を圧力発生部材に用いて、2mm^3の試料を50GPa程度まで加圧することが可能になった。しかし、2000°C以上の高温を発生させると圧力が30-40%も低下することが判明し、大型化したSD(1辺14mmの立方体)を用いてこの問題の解決に取り組んだ。その結果、圧力室を封じるガスッケト材の工夫によって圧力低下を5%以内に抑えることが出来て圧力決定に十分な見通しが得られた。
溶融鉄(MI)、けい酸塩融体(SL)、マグネシオビュスタイト(Mw)、ペロフスカイト(Pv)の間のMn,Fe,Co,Niの分配係数を圧力の関数として26GPaまで決定し、中心核形成の条件を検討した。中心核分離は900kmより深いマグマオーシャンの中で主にSLとMwの存在のもとで進行したこと、またSLの存在量と分離の深さの間には正の相関があることが示された。これに対して、Pvの存在は分離の深さを著しく増大させる傾向にある。
けい酸塩(玄武岩質および超塩基性岩質)とMIの間の微量元素の分配を調べた。その結果、稀土類元素が1.5GPaではMIにほとんど分配されないのに対して20GPa以上では数ppm以上含まれていること、また軽稀土類元素が重稀土類元素に対してコンドライト存在度に規格化して500倍程度濃集していることが明らかになった。この結果は、中心核分離によってマントルの稀土類元素存在度が逆の傾向に大きく変化したことを示し、地球化学的に重大な意義を持つ。現在、二次イオン質量分析計の鉄標準試料を作製して定量化を行っている。

研究成果

• [文献書誌] T.Katsura & E.Ito: "Determination of Mg-Fe partitioning between perovskite and magnesiowustite" Geophys.Res.Lett.23. 2005-2008 (1996)
• [文献書誌] R.Kudo & E.Ito: "Melting relations in the system Mg4SiO12(En)-Mg3A12Si3O12(Py) at high pressures" Phys.Earth Planet.Interior. 96. 159-169 (1996)
• [文献書誌] E.Ito,T.Katsura,& T.Suzuki: "Meatl / silicate partitioning of Mn,Co,and Ni at high-pressures and high-temperatures and inplications for core formation in a deep magma ocean" In : High-Pressure Temperature Research : Properties of the Earth and Planetary Materials,AGU Mon. eds by M.H.Manghnani and T.Yagi. (in press). (1997)
• [文献書誌] M.Akaogi,H.Kojitani,K.Matsuzaki,T.Suzuki & E.Ito: "Postspinel transformation in the system Mg2SiO4-Fe2SiO4 : elemental patitioning,calorimetry,and thermodynamic calculation" In : High-Pressure Temperature Research : Properties of the Earth and Planetary Materials,AGU Mon. eds by M.H.Manghnani and T.Yagi. (in press). (1997)
• [文献書誌] E.Nakamura & I.Kushiro: "Trace element diffusion in magmatic silicate melts at high pressure and its geochemical application" Proc.Japan Acad.(in press). (1997)
• [文献書誌] Zhai,M.,E.Nakamura,D,M.Shaw & T.Nakano: "Boron isotope ratios in meteorites and lunar rocks" Geochim.Cosmochim Acta. 60. 4877-4881 (1996)