高圧実験によるポストペロフスカイトとマントル最下部のレオロジー

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21340128
• 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: 伊藤 英司 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 名誉教授 (00033259) ; 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: ポストペロフスカイト / 高圧 / レオロジー / 相転移

研究概要

地球マントル最深部に存在しているポストペロフスカイト相のレオロジーを理解することは、地球内部で最大の境界である核・マントル境界の流動現象の理解に必要不可欠であり、全地球ダイナミクスの解明に非常に重要である。しかしながら、珪酸塩ポストペロフスカイトは120GPa以上の高圧下のみで安定であり、レオロジー特性を実験的に決定することは非常に困難である。そこで、本研究では、ゲルマニウム酸塩をアナログ物質として用いることにより、実験的にポストペロフスカイト相のレオロジーに迫ることを目的としている。
今年度は、まず、アナログ物質MnGeO3の安定領域を精密に調べる実験を行い、圧力60GPa、温度1600Kで低圧相のペロフスカイトからポストペロフスカイト相に相転移し、その勾配は13MPa/Kであるということを明らかにした。これは、最下部マントルの温度構造、ひいては、.マントル流動に関しての新たな情報を提供することになる。ポストペロフスカイト相の安定領域が明らかになったことにより、その安定領域での粘性率を見積もるために必要な拡散係数決定の実験に取り組みつつあるところである。
また、ペロフスカイトからポストペロフスカイト相転移における結晶粒の細粒化の有無を調べる実験を行った。相転移その場)X線回折実験から得られた予備的な実験結果は、細粒化が起きることを示唆している。固体物質の場合、物質構成粒子の結晶粒が細粒のとき、粗粒な場合と比較して、その粘性率は低い。すなわち、相転移に伴う粘性率の低下が予想される。このことは、最下部マントルに沈み込んだスラブのレオロジーを考察する上で重要である。

研究成果

• [雑誌論文] Pressure generation and investigation of the post-perovskite transformation in NgGeO3 by squeezing the Kawai-cell equipped with sintered diamond anvils (2010)
  • 著者名/発表者名: Ito E., Yamazaki D., Yoshino T., Fukui H., Zhai S., Shatzkiy A., KatsuraT., Tange Y., Funakoshi K
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 293 ページ: 84-89
  • 査読あり
• [雑誌論文] Texture of(Mg, Fe)SiO3 perovskite and ferro-periclase aggregate : implications for rheology of the lower mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki D., Yoshino T., Matsuzaki T., Katsura T., Yoneda A
  • 雑誌名: Physics of Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 138-144
  • 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., Sumiya H., Ito E., Katsura T
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum 80 ページ: 23907-23907-7
  • 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: Katsura, T., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S., Fukui, H., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E.,
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 174 ページ: 86-92
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of wadsleyite determined by in situ X-ray diffraction in a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura T., Shatskiy A., Manthilake M.A.G.M., Zhai S., Yamazaki D., Matsuzaki T., Yoshino T., Yoneda A., Ito E., Sugita
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 36 ページ: L11307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single crystal growth of wadsleyite (2009)
  • 著者名/発表者名: Shatskiy A., Litasov K.D., Matsuzaki T., Shinoda K., Yamazaki D., Yoneda A., Ito E., Katsura T.
  • 雑誌名: Am. Min. 94 ページ: 1130-1136
  • 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: Ito E., Katsura T., Yamazaki D., Yoneda A., Tado, M., Ochi, T., Nishibara, E., Nakamura, A.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 174 ページ: 264-269
  • 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
  • 雑誌名: Am Min. 94 ページ: 205-209
  • 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.C.I., Yoshino
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 36 ページ: L01305
  • 査読あり
• [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: 13505-13505-7
  • 査読あり
• [学会発表] Observations of post-perovskite transition in germanate and melting of stishovite by using sintered diamond anvil and boron doped diamond heater in Kawai cell : Toward the generation of extreme P-T condition (2009)
  • 著者名/発表者名: D. Yamazaki, E. Ito, A. Shatskiy, T. Yoshino, T. Katsura, K. Funakoshi
  • 学会等名: AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-07-28
• [学会発表] 下部マントルにおけるフェロペリクレースの重要性について (2009)
  • 著者名/発表者名: 山崎大輔・芳野極・桂智男・伊藤英司
  • 学会等名: 地球惑星関連連合大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2009-05-18