沈み込むプレートと下部マントルの相互作用と下部マントルの物質科学

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12126203
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 桂 智男 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (40260666)
• 研究分担者: 久保 敦 岡山大学, 固体地球研究センター, COE研究員 ; 米田 明 岡山大学, 固体地球研究センター, 助教授 (10262841) ; 伊藤 英司 岡山大学, 固体地球研究センター, 教授 (00033259) ; 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560) ; 入舩 徹男 愛媛大学, 理学部, 教授 (80193704)
• キーワード: 燒結ダイヤモンドアンビル / マルチアンビル型超高圧発生装置 / X線その場観察 / 旋回機構 / イルメナイト・ペロフスカイト / カルシュウムフェライト

研究概要

1.当研究班では、焼結ダイヤモンドアンビルマルチアンビル型超高圧発生装置によるX線その場観察の実験技術の推進を行った。
(1)焼結ダイヤモンドアンビル実験では試料室が非常に小さく、回折領域内に存在する粒の数が少ないため、良質の回折パターンを取ることが困難である。この問題は実験室系では試料の搖動によって解決される。そこで我々は、20トンの重量を持つ超高圧発生装置を鉛直軸回りに±10°、速度0.1〜0.001°/秒で旋回させる機構をもつプレスステージを設計・作成した。
(2)焼結ダイヤモンドアンビルによる高温高圧発生技術を改良し、室温では約50GPaの圧力発生を可能にした。また、1800K・35GPaの高温高圧同時発生も可能にした。
さらに、学習院大学化学科でも焼結ダイヤモンドアンビル実験を可能にするため、焼結ダイヤモンドアンビル実験用プレスフレームを作成した。
2.マントル深部構成鉱物の性質を調べ、以下のような結果を得た。
(1)急冷凍結法により、MgSiO3-Al2O3系のイルメナイト-ペロフスカイトの相平衡関係を28GPa・1900Kまでの温度圧力で調べ、およそ1300Kではイルメナイト固溶体はMgSiO3組成からMg3Al2Si3O12組成まで広がっていることが明らかになった。
焼結ダイヤモンドアンビルによるX線その場観察の手法によりMgAl2O4系の相平衡関係をしらべ、MgAl2O4は30GPaまではMgOペリクレスとAl2O3に分解するが、それ以上の圧力では再び単相となる。その結晶系はカルシュウムフェライト型である。

研究成果

• [文献書誌] Fukui,H.,Ohtaka,O.,Nagai,T.,Funakoshi,K.,Utsumi,W.Katsura,T.: "Melting of Portlandite up to 6GPa"Phys.Chem.Mineral.. 27. 367-370 (2000)
• [文献書誌] Ono,S.,Ito,E.,Katsura,T.,Yoneda,A.,Walter,M.J.,Urakawa,S.,Utsumi,W.,Funakoshi,K.: "Thermoelastic properties of high-pressure phase of SnO_2 determined by in situ X-ray observations up to 30 GPa and 1400 K"Phys.Chem.Mineral.. 27. 618-622 (2000)
• [文献書誌] Sato,K.,Katsura,T.: "Experimental investigation on dolomite dissociation into aragonite+magnesite up to 8.5 GPa"Earth Planet.Sci.Lett.. 184. 529-534 (2001)
• [文献書誌] Ono,S.,Katsura,T.,Ito,E.,Kanzaki,M.,Yoneda,A.,Walter,M.J.,Urakawa,S.,Utsumi,W.Funakoshi,K.: "In situ observation of ilmenite-perovskite phase transition in MgSiO_3 using synchrotron radiation"Geophys.Res.Lett.. (in press). (2001)
• [文献書誌] Sato,K.,Katsura,T.: "Sulfur : a new solvent-catalyst for diamond synthesis under high pressure and high temperature conditions"J.Crystal Growth. (in press). (2001)
• [文献書誌] Katsura,T.,Mayama,N.,Shouno,K.,Sakai,M.Yoneda,A.,Suzuki,I.: "Temperature derivatives of elastic moduli (Mg_<0.91>Fe_<0.09>)_2SiO_4 of modified spinel"Phys.Earth Planet.Int.. (in press). (2001)