2相系としてとらえた高圧下における下部マントルレオロジーの研究

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18340173
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 山崎 大輔 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (90346693)
• 研究分担者: 桂 智男 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 教授 (40260666) ; 芳野 極 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (30423338)
• キーワード: レオロジー / 下部マントル / 2相系

研究概要

下部マントルのレオロジーは珪酸塩ペロフスカイト(Pv)とフェロペリクレース(Fp)の2相系レオロジーとして捉えることができる。ここで、Fpの粘性率はPvのそれに比較して2-3桁低い。従って、混合相においてFpが連結構造を持つ場合には、全岩のレオロジーがFpに制約される可能性が高い。この連結度を実験的に調べるために、高温高圧その場電気伝導度測定を行った。Fpの電気伝導度はPvの電気伝導度よりも数桁高いため電気伝導度をモニターすることによって連結の程度を知ることができる。実験は、Pv+Fpの前駆物質(低圧相)であるリングウッダイト(Rw)を20GPa、1773Kの条件で合成し出発試料とした。電気伝導度測定実験は、26GPa、1400-1700Kの条件で、RwからPv+Fpへの相転移および組織時間発展を調べた。電気伝導度は、Pv+Fpへの初期相転移後、時間経過とともに急激に高くなり、その後、非常にゆるやかに減少した。この変化の割合は、低温である場合には非常にゆっくりであった。以上の結果は、Pv+Fpへの相転移では、Fpの連結組織が形成され、その後の組織発展に伴って、その連結が切断されていくことを示していると思われる。特に、低温の場合には、組織発展の速度が非常に遅いため、Fpの連結が長時間保持される。この結果は、前年度行った回収試料の2面角測定から予想していた結果と調和的である。沈み込んでいくスラブでは深さ660km付近では非常に低温である。従って、Fpの連結構造が地質学的時間スケールにおいても保持されることが予想される。この場合には、スラブ内でRwから相転移したPv+Fp相のレオロジーはFpに制約されることとなり、粘性率においてはPvのレオロジーから予想されるよりも数桁低くなり、マントル対流の流動様式に大きな影響を与える。

研究成果

• [雑誌論文] The temperature-pressure-volume equation of state of platinum (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsui M., Ito E., Katsura T., Yamazaki D., Yoshino T., Yokoyama A., Funakoshi K.
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 105 ページ: 013505
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura T., Yokoshi S., Kavabe K., Shatskiy A., Manthilake M. A. G. M., Zhai S., Fukui H., Hegoda H. A. C. I., Yoshino T., Yamazaki D., Matsuzaki T., Yoneda A., Ito E., Sugita M., Tomioka N., Hagiya K., Nozawa A., Funakoshi K.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 36 ページ: L01305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of high-pressure phase equilibria of Fe203 using the Kawai-type apparatus equipped with sintered diamond anvils (2009)
  • 著者名/発表者名: Ito E., Fukui H., Katsura T., Yamazaki D., Yoshino T., Aizawa Y., Kubo A., Yokoshi S., Kawabe K., Zhai S., Shatzkiy A., Okube M., Nozawa A., Funakoshi K.
  • 雑誌名: Am. Min. 94 ページ: 205-209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron-doped diamond heater and its application to large-volume, high-pressure, and high-temperature experiments (2009)
  • 著者名/発表者名: Shatskiy A., Yamazaki D., Morard G., Cooray T., Matsuzaki T., Higo Y., Funakoshi K., Suniya H., Ito E., Katsura T
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 80 ページ: 23907
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura T., Yokoshi S., Kawabe K., Shatskiy A., Manthilake M. A. G. M., Zhai S., Fukui H., Hegoda H. A. G. I., Yoshino T., Yamazaki D., Matsuzaki T., Yoneda A., Ito E., Sugita M., Tomioka N., Hagiya K., Nozawa A., Funakoshi K.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 36 ページ: L01305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise determination of elastic constants by high-resolution inelastic X-ray scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: Fukui H., Katsura T., Kuribayashi T., Matsuzaki T., Yoneda A., Ito E., Kudoh Y., Tsutsuid S., Baronb A. Q. R.
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 15 ページ: 618-623
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction of pyroiite 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: Kubo A., Ito E., Katsura T., Fujino K., Funakoshi K.
  • 雑誌名: High Pressure Res. 28 ページ: 351-362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tourmaline breakdown in a pelitic system : implicat ions for boron cycl ingthough subduction zones (2008)
  • 著者名/発表者名: Ota T., Kobayashi K., Katsura T., Nakamura E.
  • 雑誌名: Contribution to Mineralogy and Petrology 155 ページ: 19-32
  • 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: Yamamoto J., Ando J., Kagi H., Inoue T., Yamada A., Yamazaki D., lrifune T.
  • 雑誌名: Phys Chem Minerals 35 ページ: 249-257
  • 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: Yoshino T., Nishi M., Matsuzaki T., Yamazaki D., Katsura T.
  • 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: Yoshino T., Yamazaki D., Ito E., Katsura T.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 35 ページ: L22303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-Perovskite Transformation in Germanates Using Sintered Diamond Anvils (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki D., Ito E.
  • 雑誌名: The Review of High Pressure Science and Technology (高圧力の科学と技術) 18 ページ: 254-259
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure synthesis of the cubic perovskite BaRuO3 and evolution of ferromagnetism in ARuO3 (A = Ca, Sr. Ba) ruthenates (2008)
  • 著者名/発表者名: Jin C-Q. Zhou J-S. Goodenough J B. Liu Q Q. Zhao J G. Yang L X. Yu Y. Yu R C. Katsura T., Shatskiy A., Ito E.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 ページ: 7715-7719
• [雑誌論文] Texture of (Mg. Fe) SiO3 perovskite and ferro-periclase aggregate : implications for rheology of the lower mantle.
  • 著者名/発表者名: Yamazaki D., Yoshino T., Matsuzaki T., Katsura T., Yoneda A.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] ボロン-カーボンヒーターを用いた珪酸塩鉱物の熔融実験 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山崎大輔, アントン・シャッキー, 伊藤英司, 桂智男, 芳野極, ギヨム・モラード
  • 学会等名: 第49回高圧討論会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2008-11-13
• [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: Yamazaki D., Ando J., Karato S., Ohfuji H., Yoneda A., Yoshino T.
  • 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] Texture of (Mg, Fe) SiO3 perovskite and ferro-periclase aggregate : implications for rheology of the lower mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: 山崎大輔, 上杉健太朗
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2008年大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2008-05-27