高圧下における鉱物-マグマ間の元素分配と地球型惑星の化学的進化

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10640470
• 研究機関: 学習院大学
• 研究代表者: 鈴木 敏弘 学習院大学, 理学部, 助手 (40235974)
• 研究分担者: 中村 栄三 岡山大学, 団体地球研究センター, 教授 (80201672) ; 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)
• キーワード: 元素分配 / 超高圧 / ガーネット / ケイ酸塩メルト / メジャーライト / ケイ酸塩ペロブスカイト

研究概要

6-8マルチアンビル型超高圧発生装置を用いて、天然の岩石などの超高圧融解実験を行い、高圧鉱物とマグマ間の元素分配係数の測定を行った。主成分元素の分析は電子線マイクロアナライザーを用いて行い、微量元素については二次イオン質量分析計を用いて分析した。昨年度は15GPaまでの圧力で玄武岩等の融解実験から、ガーネット構造を持つ鉱物とマグマ間の元素分配挙動の測定を行ったが、本年度は圧力を23.5GPaまで上げ、Gr-ダイオプサイドの融解実験も加えて、珪酸塩-ペロブスカイトとマグマ間の元素分配についても実験を行った。その結果、Mg-ペロブスカイトについては、イオン半径が90pm以上の大きな元素の分配係数が減少しており、ガーネットの場合とよく似た分配挙動を示した。一方、Ca-ペロブスカイトの場合は他の鉱物の場合とは異なり、イオン半径で40〜60pm及び80〜110pmのイオンは分配係数が大きいが、60〜80pmの元素は分配係数が小さくなる傾向を示した。
測定された高圧鉱物とマグマ間の元素分配係数を比較すると、多くの鉱物でイオン半径が90pm以上の元素では分配係数が急激に減少しており、これらの大きな元素はマグマ中に濃集する傾向が明らかになった。また、本年度に測定した結果からも、昨年度同様にNaの分配係数が圧力の上昇とともに増加することが明らかになった。これは、鉱物中でのイオンの置換によっても説明できる。しかし、Naのイオン半径が高圧下では相対的に小さくなるために、Naが鉱物中に入りやすくなったためとも考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Suzuki,T.and M.Akaogi: "Element partitioning between some mantle minerals and the coexisting silicate melt under high pressure"High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials.Amer.Geophys.Union Monograph. 261-270 (1998)
• [文献書誌] Akaogi,M.,H.Kojitani,K.Matsuzaka,T.Suzuki and E.Ito: "Postspinel transformations in the system Mg_2SiO_4-Fe_2SiO_4:Element partitioning,calorimetry,and thermodynamic calculation"High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials.Amer.Geophys.Union Monograph. 373-384 (1998)
• [文献書誌] Ito,E.,T.Katsura,K.Morooka,O.Ujike and T.Suzuki: "Reactions between molten iron and silicates at high pressure"High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials.Amer.Geophys.Union Monograph. 215-225 (1998)
• [文献書誌] Akaogi,M.,T.Suzuki,R.Kojima,T.Honda,E.Ito and I.Nakai: "Enthalpy and density measurements of pressure-amorphized GeO_2 quartz"Geophysical Research Letters. 25. 3636-3638 (1998)
• [文献書誌] Akaogi,M.,Y.Hamada,T.Suzuki,M.Kobayashi and M.Okada: "High pressure transitions in the system MgAl_2O_4-CaAl_2O_4:a new hexagonal aluminous phase with implication for the lower mantle"Physics of Earth and Planetary Interior. 115. 67-77 (1999)
• [文献書誌] Suzuki,T.,M.Akaogi,and E.Nakamura: "Partitioning of major elements between garnet-structured minerals and silicate melt at pressure of 3-15GPa"Physics of Earth and Planetary Interior. (印刷中). (2000)