ポストガーネット分解相転移カイネティクスと沈み込む海洋プレートのダイナミクス

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15340181
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 久保 友明 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40312540)
• 研究分担者: 長瀬 敏郎 東北大学, 総合学術博物館, 助教授 (10237521) ; 近藤 忠 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20252223) ; 大谷 栄治 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60136306) ; 加藤 工 九州大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90214379) ; 鈴木 昭夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20281975)
• キーワード: 高温高圧実験 / 放射光X線その場観察実験 / 焼結ダイアモンドアンビル / 電子顕微鏡観察 / 相転移カイネティクス / 相転移メカニズム / マントルダイナミクス / 沈み込む海洋プレート

研究概要

放射光施設KEK-PFにおいて,一辺10mmまたは14mmの大型焼結ダイアモンドを用いた高温高圧発生に関する開発を行ない,35GPa,2000Kのまでの条件で10-30秒毎のX線回折時分割測定が可能となった。また放射光施設Spring-8に設置された大型マルチアンビルプレスSPEED mk.IIの立ち上げを行い、高圧X線その場観察実験の際に圧力標準物質として用いられるNaClのB1-B2相転移境界を決定した。これらの成果を国際誌に論文として公表した。
放射光施設Spring-8およびにおいてKEK-PFにおいて高圧X線その場観察実験を行い,ダイオプサイドの高圧相転移カイネティクス、天然ガーネットのポストガーネット相転移カイネティクス、またオリビン-スピネル相転移カイネティクスに対する水の効果を定量的に明らかにした。またそれらの実験回収試料の相転移微細構造をTEMおよびSEM観察し、相転移メカニズムを明らかにした。さらにこれまでに得られた相転移カイネティクスの定量的な実験データを地球深部に沈み込むプレート内部条件下にスケーリングすることにより、沈み込むプレートのミネラロジーや密度、強度に対する相転移カイネティクスの影響を議論した。これらの成果の一部は国際誌に論文として公表し、他は現在投稿準備中である。
またウオズレアイト多結晶体中のMg-Fe相互拡散実験を行い、拡散に対する温度、組成、結晶粒径、および含水量の効果を明らかにした。そして地震学的410km不連続面の上下における輸送物性の不連続について考察した。またウオズレアイト多結晶体中のSi原子の自己拡散係数を測定し、それをもとにマントル遷移層や沈み込むプレートのレオロジーを議論した。これらの成果は現在国際誌に論文を投稿中である。

研究成果

• [文献書誌] T.Kubo, E.Ohtani, K.Funakoshi: "Nucleation and growth kinetics of the α-β transformation in Mg_2SiO_4 determined by in-situ synchrotron X-ray powder diffraction"American Mineralogist. 89. 285-293 (2004)
• [文献書誌] E.Ohtani, K.Litasov, T.Hosoya, T.Kubo, T.Kondo: "Water transport into the deep mantle and formation of hydrous transition zone"Phys.Earth Planet. Inter. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] E.Ohtani, M.Toma, T.Kubo, T.Kondo, T.Kikegawa: "In situ X-ray observation of decomposition of superhydrous phase B at high pressure and temperature"Geophysical Research Letters. 30. doi : 10.1029/2002GL015549 (2003)
• [文献書誌] T.Katsura, K.Funakoshi, A.Kubo, N.Nishiyama, Y.Tange, Y.Sueda, T.Kubo他: "A Kawai-type high-pressure and high-temperature apparatus for in situ X-ray observation,'SPEED-Mk.II'"Phys.Earth Planet. Inte. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] N.Nishiyama, T.katsura, K.Funakoshi, A.Kubo, T.Kubo他: "Precise determination of the phase boundary between the B1 and B2 phases in NaCl by in-situ X-ray diffraction"Physical Review B. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] K.Litasov, E.Ohtani, F.Langenhordt, H.Yurimoto, T.kubo, T.Kon: "Water solubility in Mg-perovskite and and water storage capacity in the lower mantle"Earth Planet. Sci.Lett.. 211. 189-203 (2003)