超高圧高温実験に基づいた下部マントルおよび境界層の構造と物性の研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07102003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 八木 健彦 東京大学, 物性研究所, 教授 (20126189)
• 研究分担者: 近藤 忠 東京大学, 物性研究所, 助手 (20252223)
• キーワード: 高圧 / X線回折実験 / 下部マントル / ガ-ネット / 高圧相転移

研究概要

本年度は、昨年度までに製作した高温高圧下のX線回折実験装置の改良を行うと共に、ガ-ネットの高圧相転移を中心に研究を行った。
CO_2レーザーによる加熱とダイヤモンドアンビルを組み合わせた高温高圧発生装置は下部マントル条件を再現することには成功したが、温度の安定性と均一性が悪く、定量的な実験を行うには種々の困難がある。そこで今年は温度分布を大幅に改良できると期待される、YAGレーザーを試料の両面から同時に照射する新しい加熱システムを製作し、そのテストを行った。その結果、このような加熱法により高温条件の定量化がかなり期待できるので、同様の装置をX線回折実験時にも使えるように現在準備中である。
一方昨年までの研究で、クエンチできないガ-ネットの高圧相が新たに見いだされたが、その詳細についてさらに研究を進めた。従来このLiNbO3型構造に逆転移するペロフスカイト型の高圧相は、Alの固溶量が圧力と共に増大するために起き、50GPa程度以上でないと生成しないと思われたが、加熱温度によっては35GPa程度でも生成することが明らかになりつつある。また新たにCa3Fe2Si3O12の組成を持つガ-ネットの高圧相の研究も開始した。この鉱物には3価の鉄イオンが含まれており、下部マントルの酸化状態の問題と関連して重要視されるようになってきた物質である。現在までのところこの物質は約20GPa程度で立方晶のペロフスカイト構造の単相に転移し、減圧するとガラス化することが明らかになってきた。
この様な研究から、Mg,Fe,Si,O等の主要元素以外にCa,Alを含む系の下部マントル条件下におけるふるまいが次第に明らかになりつつある。

研究成果

• [文献書誌] M.Yamakata: "New stishovite-like phase of silica formed by hydrostatic compression of cristobalite" Proceeing of the Japan Academy. 73B. 85-88 (1997)
• [文献書誌] N.Funamori: "Transformation in garnet from orthorhombic perovskite to LiNbO_3 phase on release of pressure" Science. 275. 513-515 (1997)
• [文献書誌] T.R.Zhao: "X-ray diffraction study of copper iron oxide [CuFeO_2] under pressures up to 10 GPa" Matelials Research Bulletin. 32. 151-157 (1997)
• [文献書誌] M.Yutani: "Compressibility of calcium ferrite-type MgAl_2O_4" Phys.Chem.Mineral.24. 230-344 (1998)
• [文献書誌] K.Oguri: "High-pressure and high-temperature phase relations in diopside CaMgSi_2O_6" Phys.Earth Planet.Interior. 104. 363-370 (1998)
• [文献書誌] T.Yagi: "High pressure in situ x-ray diffraction study of MnO to 137GPs and comparison with shock compression expreiment" APS proceedings(in press). (1998)
• [文献書誌] T.Yagi: "Isothermal compression curve of Al_2SiO_5 kyanite" Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. 281-286 (1998)
• [文献書誌] T.Kondo: "Phase transition of pyrope garnet under lower mantle condition" Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. 419-428 (1998)
• [文献書誌] K.Fujino: "Analytical electron microscopy of the garnet-perovskite transformation in a laser-heated diamond anvil cell" Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. 409-418 (1998)
• [文献書誌] O.Ohtaka: "In situ observation of ZrO_2 phases at high pressure and temperature" Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. 429-434 (1998)