スラブ滞留・崩落過程の物質科学的モデリング

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16075202
• 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: 近藤 忠 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20252223) ; 鈴木 昭夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20281975) ; 廣瀬 敬 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50270921) ; 村上 元彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 21COE助手 (50401542) ; 大石 泰生 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門I, 主幹研究員 (20344400)
• キーワード: 岩石・鉱物・鉱床学 / 固体地球物理学 / 地殻・マントル物質 / 地球惑星内部構造 / 水循環

研究概要

本研究は、滞留するスラブ内の諸過程とスラブと下部マントルとの化学的相互作用を解明することにより、スタグナントスラブの多様性、滞留したスラブのマントル深部への崩落の原因、崩落するスラブのダイナミクスを解明することを目的にしている。本年度は、(1)下部マントル全体にわたる温度圧力条件において、沈み込むスラブを構成するカンラン岩と玄武岩の高温高圧相平衡実験を行い、これらの物質の相変化の様式を解明した。回収試料の解析準備のために、分析電子顕微鏡を用いて微小部の化学分析と組織観察を行った。このために備品として微小試料を加工するための収束イオンビーム試料作製装置および低角用イオンミリング装置を導入した。(2)崩落するスラブの浮力を明かにするために、核マントル境界にいたる広い圧力領域において、高温高圧X線その場観察実験にもとづきスラブ物質の密度を決定した。さらに、(3)マントル遷移層から核マントル境界に至る条件のもとで揮発性物質の挙動、高圧相転移反応速度とそれへの揮発性物質の影響、マントル遷移層や下部マントル構成鉱物中におけるシリコン、酸素、水素などの元素の拡散過程を解明した。また、(4)揮発性物質の移動と循環を解明するために、含水鉱物(特に含水D相、含水δ相など)の下部マントル深部での安定性を解明し、スラブからの脱水により供給される含水マグマや流体の密度などの諸物性を明らかにした。さらに、(5)高温高圧物性の情報と地震学的情報と直接対比するために、備品としてファブリーペロー干渉計を導入し、高圧下でのブリュアン散乱法による高圧下での高圧鉱物の弾性的性質の測定に着手した。

研究成果

• [雑誌論文] Stability of hydrous melt at the base of the Earth's upper mantle (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakamaki, T., Suzuki, A., Ohtani, E.
  • 雑誌名: Nature 439 ページ: 192-194
• [雑誌論文] Hydrogen diffusivity in wadsleyite and water distribution in the mantle transition zone (2006)
  • 著者名/発表者名: Hae, R., Ohtani, E., Kubo, T., et al.
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. (in press)
• [雑誌論文] Partitioning of potassium between iron and silicate at the core-mantle boundary (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirao, N., Ohtani, E., Kondo, T.et al.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. (in press)
• [雑誌論文] Reaction between liquid iron and (Mg, Fe)SiO3-perovskite and solubilities of Si and O in molten iron at 27 GPa. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawazoe, T., Ohtani, E.
  • 雑誌名: Chem.Minerals (in press)
• [雑誌論文] Influence of water on major phase transitions in the Earth's mantle (2006)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Ohtani, E., Sano, A.
  • 雑誌名: American Geophysical Union Monograph, Earth's Deep Water Cycle (in press)
• [雑誌論文] High-pressure behavior of MnGeO_3 and CdGeO_3 and the post-perovskite phase transition (2006)
  • 著者名/発表者名: Tateno, S., Hirose, K., Sata, N., et al.
  • 雑誌名: Phys.Chem.Minerals 32 ページ: 721-725
• [雑誌論文] Determination of post-perovskite phase transition boundary in MgSiO_3 using Au and MgO internal pressure standards (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Sinmyo, R., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 33 ページ: doi : 10.1029/2005GL024468
• [雑誌論文] Equation of state of the post-perovskite phase synthesized from a natural (Mg, Fe)SiO_3 orthopyroxene (2006)
  • 著者名/発表者名: Shieh, S., Duffy, T., Kubo, A., Shen, G.et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences ページ: 10.1073/pnasa.0506811103
• [雑誌論文] Unsoloved problems in the lowermost mantle (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Karato, S., et al.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. (in press)
• [雑誌論文] Iron-water reaction at high pressure and temperature, and hydrog en transport into the core (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, E., Hirao, N., Kondo, T.et al.
  • 雑誌名: Phys.Chem.Minerals 78・2 ページ: 77-82
• [雑誌論文] Phase relation in hydrous MORB at 18-28 GPa : Implications for heterogeneity of the lower mantle (2005)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Ohtani, E.
  • 雑誌名: Phys.Earth Planet.Inter. 150・4 ページ: 239-263
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction study of post-spinel transformation in a peridotite mantle : Implication for the 660-km discontinuity (2005)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Ohtani, E., Sano, A., et al.
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. 238・3-4 ページ: 311-328
• [雑誌論文] Formation of metastable cubic-perobskite in high-pressure phase transformation of Ca(Mg, Fe, Al)Si_2O_6 (2005)
  • 著者名/発表者名: Asahara, Y., Ohtani, E., Kondo, T., et al.
  • 雑誌名: American Mineralogist 90 ページ: 457-462
• [雑誌論文] Viscosity of silicate melts in CaMgSi_2O_6-NaAlSi_2O_6 system at high pressure (2005)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A., Ohtani, E., Terasaki, H., et al.
  • 雑誌名: Phys.Chem.Minerals 32・2 ページ: 140-145
• [雑誌論文] Fe-Mg partitioning between (Mg, Fe) SiO3 post-perovskite, perovskite, and magnsiowustite in the Earth's lower mantle (2005)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, Y., Kondo, T., Ohtani, E., et al.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32 ページ: doi : 10.1029/2005GLO23257
• [雑誌論文] Water controls the fields of metastable olivine in cold subducting slabs (2005)
  • 著者名/発表者名: Hosoya, T., Kubo, T., Ohtani, E., et al.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32 ページ: doi : 10.1029/2005GLO23398
• [雑誌論文] Wet subduction versus cold subduction (2005)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Ohtani, E., Sano, A., et al.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32 ページ: doi : 10.1029/2005GLO22921
• [雑誌論文] 地球内部の岩石鉱物 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治
  • 雑誌名: 地学雑誌 114・3 ページ: 338-349
• [雑誌論文] 無水および含水マグマオーションと月と地球の地殻 (2005)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌 遊星人 14・3 ページ: 108-112
• [雑誌論文] 高温高圧下におけるマグマと熔融鉄合金の密度と年度 (2005)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 昭夫
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 15・1 ページ: 140-145
• [雑誌論文] The effect of oxygen and sulphur on the dihedral angle between Fe-O-S melt and silicate minerals at high pressure : Implications for Martian core formation (2005)
  • 著者名/発表者名: Terasaki, H., Frost, D.J., et al.
  • 雑誌名: Phys.Chem.Minerals 78 ページ: 77-82
• [雑誌論文] Clapeyron slope of the post-perovskite phase transition boundary in CaIrO_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Fujita, T.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32・L13313 ページ: doi : 10.1029/2005GLO23219
• [雑誌論文] In-situ X-ray measurements on the phse relation of antigorite (serpentine) : implication for water transportation by slab peridotite into the deep interior (2005)
  • 著者名/発表者名: Komabayashi, T., Hirose, K., Funakoshi, K.
  • 雑誌名: Phys.Earth Planet.Inter. 151 ページ: 276-289
• [雑誌論文] Phase transition and density of subducted MORB crust in the lower mantle (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Takafuji, N., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett. 237 ページ: 239-251
• [雑誌論文] Phase relations in Mg_3Al_2Si_3O_<12> to 180 GPa : Effect of Al on post-perovskite phase transition (2005)
  • 著者名/発表者名: Tateno, S., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Geophys.Res.Lett. 32 ページ: doi : 10.1029/2005GL023309
• [雑誌論文] The pyrite-type high-pressure form of slica (2005)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, Y., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Science 309 ページ: 923-925
• [雑誌論文] 地球惑星内部物質の放射光結晶学 (2005)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 敬
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 47 ページ: 247-252
• [雑誌論文] マントル最深部の新鉱物の発見 (2005)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 敬
  • 雑誌名: 科学 8月号 ページ: 1024-1028