| 研究課題/領域番号 |
18H01314
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
辻野 典秀 岡山大学, 惑星物質研究所, 助手 (20633093)
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| 研究分担者 |
米田 明 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (10262841)
芳野 極 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (30423338)
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | マントル鉱物 / 水素位置 / 単結晶 / FTIR / レオロジー |
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| 研究実績の概要 |
水がカンラン石のレオロジーに大きな影響を与えることが示されてから、30年以上にわたってマントル鉱物のレオロジーへの水の効果は多くの研究者によって調べられてきている。しかし、報告された結果には一貫性がなく、マントルのダイナミクスへの水の効果を定量的に応用する段階にないのが現状である。その主な原因は、ほとんどの研究で全含水量をパラメータとした議論に限定されてきたため、マントル鉱物のレオロジーに対する水素の結晶学的配置の影響が全く考慮されてこなかった点にあると考えられる。また、遷移層・下部マントルに至っては、レオロジーに関する研究が限られており、水の影響を議論するに至っていない。本研究は、FTIRで観測されるいくつかのOH伸縮バンドがそれぞれの水素位置を反映していることに着目して、上部マントルから下部マントルまでの主要鉱物について水素位置を特定し、レオロジーに与える水の影響を結晶学的に解明することを目的とする。
水素位置の特定には主にIRスペクトルを用いる。本研究では主に無水マントル鉱物単結晶の結晶方位・圧力・温度依存性を明らかにすることで、水素位置の特定を行う。そこで、2018年度は主に、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧その場IRスペクトルの温度依存性を明らかにすべく、加熱(~400℃)・冷却(～-80℃)システムの導入を行った。また、この加熱・冷却システムの導入に先立って、徳島大学にてカンラン石とAlを含む斜方輝石についての極低温条件(8K)までのIRスペクトル測定を行い、Alを含む斜方輝石でブロードなOH伸縮バンドはガーネットで報告されているような結果とは異なり、極低温下でもブロードなままであることが確認された。また、さらに、水素位置を特定後、水を含むマントル鉱物のレオロジーを測定するための変形試験機の高度化も併せて行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、まず、その場真空FTIR測定用の温度制御機構の確立を中心に行った。真空型FTIRの真空チャンバーに新たに、加熱用の電極とコールドステージを取り付けるための加工を行い、真空条件下で-80℃まで冷却できることを確認した。また、DACの外熱加熱用のヒーターを作成し、ヒーターが400℃まで高温が発生できることを確認した。
次に、カンラン石の単結晶合成実験を行った。実験にはピストンシリンダー装置を使用した。また、組成はMg単成分であるMg2SiO4にSiO2雰囲気を制御するために1wt.％だけMgOまたはSiO2に富んだ組成のものを使用した。その結果、MgOまたはSiO2に富んでいる場合で異なるOH伸縮バンドの出現も確認された。これにより、低圧条件下でのシリカ雰囲気依存性が制御され、Mg単成分であるMg2SiO4ではSiO2雰囲気によって水素位置が変わることが明らかとなった。最後に、水素位置を特定した後に議論を行うレオロジー特性を測定するためのプレスの高度化を行った。この結果、25GPaまでのせん断変形実験が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度以降は、2018年度に導入した真空型FTIRのダイヤモンドアンビルセルに対する加熱・冷却システムを使用し、マントル鉱物のIRスペクトルの高圧その場観察を行う予定である。また、同時に、双子型２重カプセル法を用いてマントル鉱物の水・SiO2雰囲気依存性の決定を行う予定である。
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