スラブ沈降・滞留過程の物質科学的モデリング

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16075206
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 西山 宣正 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (10452682)
• 研究分担者: 大藤 弘明 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (80403864) ; 桂 智男 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 教授 (40260666) ; 山崎 大輔 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (90346693) ; 安東 淳一 広島大学, 大学院・理学研究科, 助教 (50291480) ; 舟越 賢一 愛媛大学, (財)高輝度光科学研究センター・利用研究促進部門, 副主幹研究員 (30344394)
• キーワード: 弾性波速度 / 放射光 / マントル遷移層 / 超高圧実験 / レオロジー

研究概要

弾性波速度測定に関しては、玄武岩物質・MgO焼結体に対して系統的な実験をおこない、現在論文として投稿中である。更に、昨年度示唆されたマントル遷移層下部でのハルツバージャイトの存在可能性を検討するため、この組成を用いた高温高圧相転移実験とそれに伴う密度・弾性波速度の見積もりをおこないつつある。また、高温下での部分熔融体の弾性波速度測定を目指し、超音波測定技術開発をおこなった。電気伝導度測定に関しては、部分熔融ペリドタイトの電気伝導度異方性に関する測定をおこない、海洋底アセノスフェアの異方性が部分熔融体の存在により説明可能であることを示した。一方、スラブのレオロジー関係に関する課題として、比較的低圧下でのアナログ物質を用いたかんらん石の変形実験をおこない、相転移に伴う強度変化測定をおこなった。またスプリング8に導入した単色化装置を活用し、IPによるX線回折データから高温高圧下での差応力の見積もり、およびその緩和過程の観察を可能にした。更に水の影響に関しては、スラブおよび周囲のマントル間での水の分配をすべての主要高圧相間に対して測定をおこなった。また、410km付近における含水メルトの存在可能性に関しても部分熔融実験に基づき検討をおこない、これに否定的な結果を得ている。本研究により、特にマントル遷移層領域条件下における弾性波速度・電気伝導度・レオロジーの精密測定技術の開発が世界に先駆けて確立され、沈み込むスラブのこの領域における滞留過程に対して、重要な実験的制約がなされるとともに、マントル遷移層の化学組成や水の存在に関して新しいモデルが提出され、今後その更なる検証が待たれるところである。

研究成果

• [雑誌論文] Seismological evidence for compositional variations at the base of the mantle transition zone under Japan Islands (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Yamada
  • 雑誌名: Gondwana Research (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal equation of state of CaFe_2O_4 type MgAl_2O_4 (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Sueda
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The large-volume high-pressure facility at GSECARS : A "swiss-army-knife" approach to synchrotron-based experimental studies (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Wang
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elasticity of (Mg_<0.87>Fe_<0.13>)_2SiO_4 wadsleyite to 12 GPa and 1073 K (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Liu
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations in the system MgO-Fe0-SiO_2 to 50 GPa and 2000_C : An ap plication of experimental techniques using multianvil apparatus with sintered diamond anvils (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Tange
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 114 ページ: B02214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unified analyses for P-V-T equation of state of MgO : A solution for pressure-scale problems in high P-T experiments (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Tange
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 114 ページ: B03208
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new 6-axis apparatus to squeeze the Kawai-cell of sintered diamond cubes (2009)
  • 著者名/発表者名: E. Ito
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal expansion of forsterite at high pressures determined by in situ X-ray diffraction : the adiabatic geotherm in the upper mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Katsura
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of the major upper mantle minerals, a review (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Katsura
  • 雑誌名: Russian Geology and Geophysics (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of olivine, wadsleyite and ringwoodite are view (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T.
  • 雑誌名: J. Mag. Min. Petrol. Sci. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of wadsleyite as a function of temperature and water content (2009)
  • 著者名/発表者名: M. A. G. M. Manthilake
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Texture of (Mg, Fe) SiO_3 perovskite and ferro?periclase aggregate : imp-lic ations for rheology of the lower mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: D. Yamazaki
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of iron content on electrical conductivity of ringwoodite, with implications for electrical structure in the transition zone (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshino
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to comments on "Electrical conductivity of wadsleyite as a function of temperature and water content" by Manthilake et.al. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of MgSiO_3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Katsura
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 36 ページ: L01305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stagnant slab : A review (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukao
  • 雑誌名: An. Rev. Earth Planet. Sci. (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal equation of state of CaFe_2O_4 type MgAl_2O_4 (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Sueda
  • 雑誌名: Phys Earth Planet Inter (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density profiles of pyrolite and MORB compositions across the 660 km seismic discontinuity (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Sanehira
  • 雑誌名: High Press. Res. 28 ページ: 335-349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure generation to 80 GPa, using multianvil apparatus withsintered diamond anvils (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Tange
  • 雑誌名: High Press. Res. 28 ページ: 245-254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transition and compression behavior of phase D up to 46 GPa using multi-anvil apparatus with sintered diamond anvils (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Shinmei
  • 雑誌名: High Press. Res. 28 ページ: 363-373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic wave velocities of (Mg_<0.91>Feoo9)_2SiO_4 ringwoodite under P-T Iconditions of the mantle transition region (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Higo
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 166 ページ: 167-174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic wave velocities and Raman shift of MORB glass at high pressure (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono
  • 雑誌名: J. Mineral. Petrol. Sci. 130 ページ: 126-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ strength measurements on natural upper-mantle minerals (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Yamamoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Minerals 35 ページ: 249-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subduction recycling of continental sediments and the origin of geochemically enriched reservoirs in the deep mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: R. P. Rapp
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 271 ページ: 14-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic wave velocities and Raman shift of MORB glass at high pressures-Reply (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono
  • 雑誌名: J. Mineral. Petrol. Sci. 103 ページ: 429-431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved X-ray diffraction analysis of the experimental dehydrati on of serpentine at high pressure (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue
  • 雑誌名: J. Mineral. Petrol. Sci. 104 ページ: 105-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformation and texture development in CaIrO_3 post?perovskite phase up to 6 GPa and 1300 K (2008)
  • 著者名/発表者名: L. Miyagi
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 268 ページ: 515-525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the multi-anvil assembly 6-6 for DIA and D-DIA type high-pressure apparatuses (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nishiyama
  • 雑誌名: High Press Res 28 ページ: 307-314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Melting curve of silicon to 15 GPa determined by two-dimensional angle-dispersive diffraction using a Kawai-type apparatus with X-ray transparent sintered diamond anvils (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Kubo
  • 雑誌名: Jour. Phys. Chem. Solids 69 ページ: 2255-2260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopy of CaIrO_3 postperovskite up to 30 Gpa (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Hustoft
  • 雑誌名: Am. Mineral. 93 ページ: 1654-1658
  • 査読あり
• [雑誌論文] New high-pressure B2 phase of FeS above 180 Gpa (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Sata
  • 雑誌名: Am. Min. 93 ページ: 492-494
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-pressure-volume equation of state of the B2 phase of sodiu m chloride (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 103 ページ: 113513
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction of pyrolite to 40 GPa using Kawai-type apparatus with sintered diamond anvils : possibility for the_existence of iron-rich metallic particles in the lower mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Kubo
  • 雑誌名: High Press. Res. 28 ページ: 351-362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deviatoric stress and mean pressure in MgO compressed in a Kawai-type apparatus above 30 GPa : Evidence for reduction of deviatoric stress by annealing (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Kubo
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Solids 69 ページ: 2261-2264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dry mantle transition zone inferred from the electrical conductivity of wadsleyite and ringwoodite (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshino
  • 雑誌名: Nature 451 ページ: 326-329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of majorite garnet and its implications for electrical structure in the mantle transition zone (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshino
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 170 ページ: 193-200
  • 査読あり
• [雑誌論文] No interconnection of ferro-periclase in post-spinel phase inferred from conductivity measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshino
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 35 ページ: L22303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-pressure-volume equation of state of the B2 phase of sodium chloride (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda
  • 雑誌名: J. Appi. Phys. 103 ページ: 113513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic wave velocities of (Mg_<0.91>Fe_<0.09>)_2SiO_4 ringwoodite under P-T conditions of the mantle transition region (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Higo
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 166 ページ: 167-174
  • 査読あり
• [学会発表] Phase relations in harzburgite under lower part of the mantle transition zone and the uppermost lower mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Nishiyama
  • 学会等名: Final SSP International Symposium on Deep Slab and Mantle Dynamics
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 20090225-27
• [学会発表] Sound velocity measurements to 20 GPa and 1800K at SPring-8 and some applications (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Irifune
  • 学会等名: AGU 2008 Joint Assembly
  • 年月日: 20080527-30
• [学会発表] Deformation experiments of polycrystalline diamond materials in the DDIA with HIMEDIA pistons (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nishiyama
  • 学会等名: AGU 2008 Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] Equation of state of MgSiO_3 perovskite based on a new MgO pressure-scale (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Tange
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] Partitioning of H2O in the mantle transition zone and lower mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] High-temperature ultrasonic measurement in multi-anvil high-pressure apparatus under the melting temperatures of mantle materials (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] Unified analyses for P-V-T equation of state of MgO : A solution for pressure-scale problems in high P-T experiments (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Tange, Y. Nishihara, T. Tsuchiye
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] Electrical Conductivity of Partially Molten Peridotite Analogue Under Shear : Supporting Evidence to the Partial Melting Hypothesis for the Gceanin Plate MotionElectrical Conductivity of Partially Molten Peridotite Analogue Under Shear : Supporting Evidence to the Partial Melting Hypothesis for the Gceanin Plate Motion (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Manthilake
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] High pressure studies for the effect of water on the Earth mantle mate rials (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue
  • 学会等名: TANDEM
  • 発表場所: Matsuyama, JAPAN
  • 年月日: 2008-11-24
• [学会発表] Elastic wave velocities of grossular garnet up to 17 GPa and 1650 K (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono
  • 学会等名: TANDEM
  • 発表場所: Matsuyama, JAPAN
  • 年月日: 2008-11-24
• [学会発表] Elastic wave velocities measurements under the condition of lowermosi mantle transition region (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Higo
  • 学会等名: TANDEM
  • 発表場所: Matsuyama, JAPAN
  • 年月日: 2008-11-24
• [学会発表] Lattice preferred orientation of lower mantle materials and seismic anisotropy in the D" layer (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Yamazaki
  • 学会等名: 5th Annual Meeting AOGS 2008
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2008-06-17
• [学会発表] Partitioning of water in mantle minerals (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue
  • 学会等名: EGU General Assembly 2008
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2008-04-16