Experimental visualization of diffusion creep of earth and planetary materials

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04131
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: NOGUCHI Naoki 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 助教 (50621760)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 拡散クリープ / 氷 / メタンハイドレート / 高圧 / ラマン分光 / 圧力誘起非晶質化 / 赤外分光

Outline of Final Research Achievements

To investigate the mechanism of diffusion creep, which is the dominant deformation process in the mantles of rocky and icy planets, the isotope-tracer diffusion experiments of ices and clathrate hydrates were conducted under stress condition using a diamond anvil cell. The tracer diffusion profiles around grain boundaries were revealed with a sub-micron spatial resolution by Raman mapping. Furthermore, the stress fields in the diffusion-cupules were visualized by the Raman maps of F2g mode of the diamond anvil. These techniques enable us to observe stress-induced diffusion, which controls diffusion creep.

Free Research Field

地球惑星物質学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球をはじめとする岩石型惑星と大型氷天体のマントルにおいては、構成物質が拡散クリープ機構で塑性変形することによって流動すると考えられている。これまでの実験技術では拡散クリープによる物質の変形を直接観察するのが困難であった。本研究によって開発された実験技術によって、拡散クリープの直接的な証拠である応力誘起拡散を可視化できる可能性があることが分かった。この技術を引きつづき発展させれば、拡散クリープの微視的な機構について解明でき、既存の流動則を修正できる可能性がある。