地球物質大循環と玄武岩マグマの生成

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09304052
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 高橋 栄一 東京工業大学, 理学部, 教授 (40144779)
• 研究分担者: 中村 美千彦 東京工業大学, 理学部, 助手 (70260528) ; 田端 寛和 東京工業大学, 理学部, 技官 (80272665) ; 平田 岳史 東京工業大学, 理学部, 助手 (10251612)
• キーワード: 地球 / マントル / プルーム / ホットスポット / マグマ / 玄武岩 / 洪水玄武岩 / 超高圧

研究概要

マントルプルームが通過する高温部分で660km不連続面の果たす役割を研究するため、標準的なマントル物質(KLB-1)の相平衡実験を20-25GPa,1700-2200℃の範囲で行った。24GPa、1700℃で合成した試料はMgペロフスカイト(70体積%)、Alに富むメ-ジャライト(10%)、Caペロフスカイト(5%)、マグネシオウスタイト(15%)からなる。温度の上昇に連れて、Mgペロフスカイトと共存するメ-ジャライトのAl量が減少し、後者の体積比が急速に増加する。24GPa、2200℃でペリドタイトKLB-1はメ-ジャライト(65%)、Mgペロフスカイト(20%)、マグネシオウスタイト(15%)で構成される。
ペリドタイト構成鉱物中にメ-ジャライトの占める割合が高温で大きいことは660km不連続の性質を1600℃以下の低温とは大きく変化させる。2000℃以上のマントル上昇流に対してはMgペロフスカイトからメ-ジャライトへの漸移的な相転移が660km付近で起こる。高温のマントル上昇流に対して、660km不連続は阻害要因ではなく、むしろ下部マントルから上部マントルへの物質輸送を促進する役割を果たす。更に重要な事実は、24GPa付近の圧力では、わずかな温度上昇でMgペロフスカイトとメ-ジャライトの量比が大きく変化する点である。上記の相転移によって、上部マントルの底にある物質は、単なる温度上昇の数倍の密度低下をおこすと期待される。下部マントルには南太平洋とアフリカの下に巨大な上昇流(スーパープルーム)が見られる。この巨大上昇流は660km付近で枝別れして、上部マントルのいくつものマントルプルーム(ホットスポット)を形成しているように見える。上部マントルの底付近でのプルームの発生機構には、上記のMgペロフスカイトからメ-ジャライトへの相転移が影響している可能性が有る。

研究成果

• [文献書誌] W. Wang & E. Takahahsi: "Geochemical Properties of Lithuspheric mantle beneath Sino-Korea" Phys. Earth Planet Inter.3420(in press). (1998)
• [文献書誌] K. Tsuruta & E. Takahahsi: "Melting study of alkali basalt JB-1 up to 12.5 GPa" Phys. Earth Planet Inter.3420(in press). (1998)
• [文献書誌] T. Shibata & E. Takahashi: "Solubility of Ne, Ar, Kr and Xe in binary silicate melts" Geochim. Cosmochim. Acta. (in press). (1998)
• [文献書誌] T. Kogiso & E. Takahashi: "Melting experiments on homogeneous mixtures of peridotite and basalt" Earth & Planetary Sci. Lett.(in press). (1998)
• [文献書誌] E. Takahashi & M. Okada: "Melting tempreature of Fe Hx up to 15GPa" High-P, High-T Reserch, properties of Earth. (in press). (1998)
• [文献書誌] E. Takahashi & K. Nakajima: "Origin of the Columbia River Basalt" Earth Planet. Sci. Lett.(in press). (1998)
• [文献書誌] 高橋栄一(他6名): "地球内部ダイナミクス" 岩波書店, 268 (1997)