| 研究課題/領域番号 |
24540461
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| 研究機関 | 独立行政法人国立科学博物館 |
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研究代表者 |
大迫 正弘 独立行政法人国立科学博物館, その他部局等, 名誉研究員 (60132693)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 地球深部物質 / 熱伝導率 / 熱拡散率 / 比熱 / 高圧力 / 川井型装置 |
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| 研究実績の概要 |
マントル遷移層から下部マントルにかけての圧力15-25 GPaでの熱物性（熱伝導率・熱拡散率・比熱）の同時測定を行うために、さらに縮小した試料セルにより試験測定を行った。試料の直径は2.6 mmとし、３枚に重ねた試料の高さの合計は0.6 mmとなった。圧力発生には川井型装置を用い、８面体圧力媒体の１辺の長さは14 mm、アンビルの切り落とし長さは7 mmとした（14/7セル）。また、パルス加熱ヒーターの材質にはモリブデンを用いた。このヒーターには一様発熱のために細かい溝をフォトエッチング法で抜いてあるが、ここで用いた直径2.4 mmのものがこの作成法を使えるほぼ限界である。ザクロ石を17 GPaまで加圧し、その測定値がこれまでの18/11および14/8試料セルでの値とつながることを確かめた。しかし使用しているプレスで測定圧力をこれ以上にすることはアンビルの破損を伴うのでできなかった。圧力の増大には別の大型プレスを使用する必要がある。現時点ではマントルの高圧相（ウォズレアイト・リングウダイト・メジャライト・ブリジマナイト）の測定には至っていない。
また、本研究にも協力している中国の研究者との共同研究において、ここで用いているパルス加熱法によるザクロ石・ヒスイ輝石・オンファス輝石・透輝石の測定データを総合して沈み込み帯スラブの岩石であるエクロジャイトの熱伝導率を決定し、スラブの中心部付近の温度が従来のモデルよりも50℃ほど低くなることを見いだした。このことからスラブの中央部分を占めているジャモン石の脱水反応はこれまでの考えよりも50-100km深いところで起こり、フェイズAという別の含水鉱物の安定領域に達する。したがってスラブの水はフェイズA としてマントル遷移層（深さ410-670kmの地震波速度急増域）まで供給される、ということを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
相似的に一段縮小した14/7試料セルによっても熱伝導率と熱拡散率の同時測定が測定系を変更することなくこれまでと同様にできることがわかり、試験的に行った測定値が従来の大きなセルによる値とつながることが確かめられた。このことにより14/7測定セルでもってマントルの遷移層から下部マントル最上部までの圧力でパルス加熱法による熱測定ができる見込みがついたが、目的としている遷移層物質・下部マントル物質の測定には至っていない。一つの理由は、これまでと同様に超硬合金アンビルの破損が生じ、この不都合を取り除くため使用プレスの変更をはじめ実験の計画を多少考え直す必要がでたことである。また、そのような物質の試料を準備することにはかなりの手間がかかることであり、測定と合わせて遂行するにはそれ相当の労力が必要である（計画に盛り込んだ内容にたいして本研究の規模が人的の面でやや不足であったことは否めない）。一方、中国の研究者が本研究で行っている実験に関心をもち、共同研究によってスラブの温度構造とマントル深部への水の輸送について新たな知見を見いだしたのは一つの成果であった。しかし、高圧鉱物の測定がまだであることを考えて、研究の達成度はやや遅れているとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
マントル遷移層物質の熱拡散率・熱伝導率の測定を行う。また、主要上部マントル物質のデータの空白を埋めるべく輝石の測定も考える。当代表者が科研費により行ってきた高圧力下での地球深部物質の熱物性についての一連の研究は本課題が最終となる。次のような残された事柄や発展的課題があり、今後これらについては共同利用による研究、また、科研費の連携研究者として参加予定の研究の中で行うことになる。
1. 下部マントルを構成するブリジマナイトについての測定、およびマントル最下部の熱伝導率の推定（ケイ酸塩ポストペロブスカイト相と同じ構造の類似物質について測定を行い、その熱物性を類推）。2. 輻射熱伝導の寄与の評価：高温領域で単結晶と多結晶の測定値を比較して熱伝導への輻射の影響を見積る。 3. パイロライトのような仮想マントル物質アセンブリー（推定混合物）の測定を行う。 4. 機能性材料物質の高圧下での熱物性測定に本研究で用いたパルス加熱法を適用する。とくに導電性のある物質についても測定ができるようにする。
また技術的課題としては次のようなことがあげられる。
1. さらなる高温測定のためにパルス加熱ヒーターの材質の変更と作成方法の検討。考えられる材質の中でレニウムが最適であるが、フォトエッチングに代るヒーターのパターン作成の方法（スパッタリングによる試料表面へ直接の生成など）を見いだす必要がある。 2. 熱電対の熱起電力の圧力による影響：高圧地球科学の実験ではこのことを往々にして無視しているところがあるが、熱伝導率（また比熱）の決定には温度上昇の絶対値を知る必要があり、避けて通れない問題である。 3. 測定値の精度と不確かさを改善するために（とくに比熱の決定には重要）、試料セルの工作精度を格段に上げる。これとともに、加圧プレスの幾何学的狂いがどの程度測定値に影響するかを調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
２６年度内にマントル遷移層に相当する圧力(15 GPa～25 GPa)での熱測定を行い、結果を学会およびシンポジウムにて発表する予定にしていたが、その時点でデータを取得するところとならず出席発表を断念した。その後そのような高圧力における測定のめどはついたものの、これまでと同様に超硬合金アンビルの破損が生じ、この不具合を取り除くため実験の計画を多少変更する必要がでた。これらのことにより研究の進行に多少の遅れを来たし、年度内に未使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
測定実験を継続するための消耗品の購入費、および学会出席発表を行うための参加費と旅費にあてる。
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