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

1999 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)
• キーワード: 下部マントル / 高圧相転移 / X線回析実験 / 分析電子顕微鏡 / ガーネット / パイロライト / スラブ

研究概要

本年は、前年までに引き続きさまざまな化学組成のケイ酸塩のその場X線回析実験と、回収試料の分析電子顕微鏡による研究を行った。端成分のCa3Al2Si3O12や、3価の鉄のふるまいを明らかにする一環として、Ca3Fe2Si3O12の相転移も研究した。より現実の地球深部に近いと考えられるパイロライト組成の相転移とその密度も精密に測定した。それらの結果を用いて、まだいくつか必要な仮定はあるものの、地震波データとの比較からマントルの温度プロファイルに関する制限を与えることができた。またガーネットが下部マントルまで沈み込んでいった場合に起こるであろう相転移の様子を定量的に明らかにすることができた。化学組成がまだ現実の沈み込むスラブ中のものとは多少異なるため、直接的な議論は難しいが、今後のより詳しい研究の基礎となるデータである。
地球内部は複雑な多成分系であり、現象によっては微量な成分の存在が大きく影響することも少なくない。下部マントルのダイナミクスに関して、物質科学的立場から考察を加えるという本研究の目標も、さまざまな要因を考えると、まだ充分達成されたとは言い難い。しかし本研究によって、従来技術的に不可能であった温度圧力領域でのさまざまなX線回析実験が可能になり、ケイ酸塩や酸化物の下部マントル条件下でのふるまいに関して、多くの新しい知見を得ることができた。そしてそれらをもとに、さまざまな条件付きではあるが、地球深部に関する議論を展開することができた。今後はさらに、現実の地球に関する議論にはどのような系について、どんな内容の実験を行うことが重要かを考慮し、本研究で確立された実験技術を駆使して、一層研究を発展させていく予定である。

研究成果

• [文献書誌] Y. Noguchi: "High-pressure phase transformation of cobalt monoxide due to electronic transition"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 7-9 (1999)
• [文献書誌] M. Uchino: "Phase transition and EOS of zinc sulfide (ZnS) under shock and static compressions up to 135Gpa"J. Phys. Chem. Solids. 60. 827-837 (1999)
• [文献書誌] M. Hasegawa: "Stability and strain of decagonal AI-Hi-Co quasicrystal under high pressure up to 70GPa"Philosophical Magazine Letters. 79. 691-698 (1999)
• [文献書誌] M. Hasegawa: "In situ X-ray powder diffraction study on stability of icosahedral AI-Pd-Mn high quality single quasi-crystal under high pressure up to 70 Gpa"Journal of Non-Crystalline Solids. 250-252. 849-854 (1999)
• [文献書誌] M. Hasegawa: "In Situ X-ray Diffraction Study on Stability of Quasicrystals under High Pressures"Proceedings of the International Conference on Solid-Solid Phase Transformations '99 (JIMIC-3). 1337-1340 (1999)
• [文献書誌] N. Miyajima: "Garnet-perovskite transformation under conditions of the Earth's lower mantle : an analytical transmission electron microscopy study"Phys. Earth Planet. Inter.. 116. 117-131 (1999)
• [文献書誌] T. Mukaide: "High Pressure and high temperature behavior of LiNbO_3 up to 90 Gpa"Technical report of ISSP. 3521. 1-9 (1999)
• [文献書誌] T. Mukaide: "High Pressure and high temperature behavior of LiNbO_3 up to 90 Gpa"Phys. Rev. B. (in press). (2000)
• [文献書誌] 八木健彦: "超高圧高温下の粉末X線構造解析"日本結晶学会誌. 41. 3-10 (1999)
• [文献書誌] T. Yagi: "Effect of hydrostaticity on the phase transformation of cristobalite""Physics Meets Minerology" Aoki, Syono and Hemley eds, Cambridge University Press. (in press). (2000)
• [文献書誌] T. Kondo: "Phase transitions of MnO to 137 Gpa"J. Appl. Phys.. (in press). (2000)