X線その場観察法によるマントル鉱物の状態方程式の決定

1996 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 07640632
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大谷 栄治 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60136306)
• 研究分担者: 大沼 晃助 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50000865) ; ONUMA Kosuke Graduate School of Science, Tohoku Univ., Professor (50000865) ; ONUMA Kosuke Graduate School of Science, Tohoku Univ., Professor (50000865) ; ONUMA Kosuke Graduate School of Science, Tohoku Univ., Professor (50000865) ; ONUMA Kosuke Graduate School of Science, Tohoku Univ., Professor (50000865)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• キーワード: オリビン / スピネル / 変形スピネル / メ-ジャライト / 状態方程式 / 高温高圧X線回折実験 / 上部マントル / 密度

研究概要

出発物質Mg_2SiO_4オリビンやMg_3Al_2Si_3O_<12>-MgSiO_3固溶体組成のガラスを合成し、それらを高温高圧で処理し、高圧鉱物スピネルMg_2SiO_4およびメ-ジャライトガ-ネットを合成した。これらを出発物質として、高温高圧X線回析実験を行いオリビン、スピネル、変形スピネル、Mg_2SiO_4及びメ-ジャライトガ-ネットの圧縮率と熱膨張率の精密決定を行った。オリビンに関しては5GPaから12GPa、25℃から1000℃まで、変形スピネルに関しては12GPaから17.5GPa、25℃から1100℃、スピネルに関しては実験は18GPaから24GPa、25℃から800℃の圧力温度範囲で行った。また、メ-ジャライトガ-ネットについては、6GPa-23GPa、20-500℃の温度圧力範囲において実験を行った。これらの実験結果を総合して、上部マントルとマントル遷移層の重要な構成鉱物の状態方程式を明らかにすることができた。以上の実験により決定した状態方程式にもとづいて、地温勾配に沿った上部マントルとマントル遷移層でのマントル構成鉱物の密度を計算し、地震学情報と比較した。その結果、パイロライト組成で期待される上部マントルとマントル遷移層を分ける410kmの地震波不連続の密度ジャンプは、地震波速度分布(PREM)から期待される値より小さく、観測値を説明するためには、マントル遷移層の上部のオリビンの量がパイロライトよりも大量に存在する必要があることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Ohtani,E.他: "Moltiy relations of peridotite and the denslty crossover in planetary mantles" Chomical Geology. 120. 207-221 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ohtani,E他: "Stability of hydrous phases in the transition zone and the upper most port of the lower mantle," Geophys.Res.Lett.22. 2553-2556 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Suzuki,A.他: "Flotation of mantle melt at high pressure" Science. 269. 216-218 (1195)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kato,T.他: "In situ X-roy observation of high-pressure phase transitions of MgSiO_3 and thermel expmsion of MgSiO_3 perovsbite at 25 GPa" J.Geophysicel Reseaich. 100. 20475-20481 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ohtani,E他: "Origin of cratonic peridotite and Komatiite:Evidence for melting in wet Archean mantle" Proceedings of Japan Academy. 72. 113-117 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] ChtaniE& Yurimoto,H: "Element partitioning botween metallic liguid,magnesiowiistite,and silicate liguid at 20GPa and 2500℃" Geophys.Res.Lett. 23. 1993-1996 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Geller.R.J.他: "Seismology in Japan Part1 and Part2" 日本地震学会, 361 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E., Nagata, Y^<**>., Suzuki, A., and Kato, T.: "Melting relations of peridotite and the density crossover in planetary mantles." Chemical Geology. 120. 207-221 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E., Shibata, T., Kubo, T., and Kato, T.: "Stability of hydrous phases in the transition zone and the upper most part of the lower mantle." Geophysical Reseach Letter. 22. 2553-2566 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Suzuki, A., Ohtani, E., and Kato, T.: "Flotation of mantle melt at high pressure." Scinece. 269. 216-218 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kato, T., Ohtani, E., Morishima, H., Yamazaki, D., Suzuki, A., Suto, M., and Kubo, T.: "In situ X-ray observation of high-pressure phase transitions of MgSiO3 and thermal expansion of MgSiO3 perovskite at 25 GPa by double stage multianvil system." Journal of Geophysical Research. 100. 20475-20481 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E., Yurimoto, H., Segawa, T., and Kato, T.: "Element partitioning between MgSiO3 perovskite, magma, and molten iron : Constraints for the earliest process of the earth-moon system., in Earth's Central part : Its strucuture and dynamics." Edited by T.Yukutake, TERRAPUB,Tokyo. 287-300 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.J.Geller, K.Hirahara, M.Ishida, I.Nakanishi, and E.Ohtani, Editors: "Special issue, Seismology in Japan Part 1 and 2." Journal Physics of the Earth. vol.43. p171-532 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E., A.Suzuki, T.Kato, and H.Yurimoto: "Flotation of Diamond in magmas at high pressure and its implications for diamond genesis and fractionation in the deep mantle." Advanced Materials '96, Proceedings of the 3rd NIRIM Internatiuonal symposium on Advanced Materials (ISAM'96). 345-350 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E., K.Mibe, and T.Kato: "Origin of Crtonic peridotite and komatiite : Evidence for melting in the wet Archean mantle." Proceedings of Japan Academy. 72, Ser.B. 113-117 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Ohtani, E.and H.Yurimoto: "Element partitioning between metallic liquid, magnesiowustite, and silicate liquid at 20 GPa and 2500ﾟC : A secondary ion mass spectroscopic study." Geophysical Research Letter. 23. 1993-1996 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yamazaki, D.Kato, T., Ohtani, E., and Toriumi, M.: "Grain growth kinetics of MgSiO3 perovskite and MgO periclase under lower mantle conditions." Science. 274. 2052-2054 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より