Determination of elastic properties of magma under high pressure: To understand the behavior of magma in the interior of the Earth

测定高压下岩浆的弹性：了解地球内部岩浆的行为

基本信息

批准号：
22H01317
负责人：
坂巻竜也
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01317/
关键词：
マグマ溶融弾性特性高圧高温

项目摘要

SPring-8のBL04B1において、マルチアンビルプレスを用いた高温高圧実験とパルスエコーオーバーラップ超音波法を組み合わせることで、ナトリウムケイ酸塩メルトの弾性波速度測定を行い、圧力依存性・組成依存性を調べた。マグマの重合度によって、弾性波速度の圧力依存性が大きく異なることを明らかにした。圧力に対して単調に変化する結晶などの固体とは異なり、マグマの弾性特性が異常な振る舞いをすることを突き止めた。また、KEKのAR-NE5Cにおいて、二酸化炭素を含むケイ酸塩メルトのX線回折実験を行い、その構造解析に成功した。そして、二酸化炭素がケイ酸塩メルトのネットワーク構造に及ぼす影響やその圧力依存性を明らかにした。SPring-8のBL43LXUにおいて、ダイヤモンドアンビルセルとX線非弾性散乱を組み合わせることで、20万気圧までの圧力条件下におけるペリドタイト組成ガラスの音速測定を行った。加えて、BL11XUにおいて同組成ガラスのメスバウアー分光測定を行い、160万気圧の圧力までのガラス中の鉄の挙動を理解することが可能となった。特に高圧下における2価/3価比や高スピン・低スピン転移に関する有益な実験データを取得することができた。東京大学物性研のスーパーコンピュータおよび九州大学情報基盤研究開発センターの研究用計算機システムを使用することで、マントル最下部に相当する圧力130万気圧までペリドタイト組成マグマの弾性特性の圧力変化と局所構造および電子構造との相関をシミュレーションに基づいて解明した。上述した高圧実験結果を参照することで、計算方法、特にポテンシャルエネルギーに補正を加え、実験ではカバーできない細やかな圧力・温度ステップ、組成範囲で計算を行うことに成功した。

在SPring-8的BL04B1，我们利用多砧压力机和脉冲回波重叠超声方法结合高温高压实验测量了硅酸钠熔体的弹性波速，并研究了压力依赖性和成分依赖性。我调查了一下。结果表明，弹性波速的压力依赖性根据岩浆聚合度的不同而有很大差异。他们发现，与晶体等因压力而单调变化的固体不同，岩浆的弹性特性表现异常。此外，我们使用KEK的AR-NE5C对含有二氧化碳的硅酸盐熔体进行了X射线衍射实验，并成功分析了其结构。我们还阐明了二氧化碳对硅酸盐熔体网络结构的影响及其压力依赖性。在 SPring-8 的 BL43LXU，我们通过结合金刚石砧室和非弹性 X 射线散射，测量了橄榄岩成分玻璃在高达 200,000 个大气压的压力条件下的声速。此外，使用 BL11XU 对具有相同成分的玻璃进行穆斯堡尔光谱测量，从而可以了解玻璃中铁在高达 160 万个大气压的压力下的行为。特别是，我们能够获得有关高压下二价/三价比和高自旋/低自旋跃迁的有用实验数据。通过使用东京大学固体物理研究所的超级计算机和九州大学信息技术研究开发中心的研究计算机系统，我们能够研究橄榄岩弹性特性的压力变化和局部结构岩浆的成分压力高达130万个大气压，相当于地幔的最低部分，通过模拟阐明了与电子结构的相关性。他们参考上述高压实验结果，对计算方法，特别是势能进行了修正，成功地对实验无法覆盖的详细压力/温度步骤和成分范围进行了计算。