蒸発法による珪酸塩メルト中の元素の拡散速度の測定

蒸发法测定硅酸盐熔体中元素的扩散速率

• 批准号: 07211205
• 负责人: 高橋 裕子
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07211205/
• 关键词: 蒸発; 珪酸塩メルト; 蒸発速度; 結晶化作用; 拡散; 希土類元素

真空中あるいは水素や不活性ガス中でのメルトからの元素の蒸発速度はメルト中での元素の拡散に律速されており、それを用いて逆に蒸発速度からメルト中の元素の拡散速度を求めることを試みた。本研究の最終的な目的である微量成分、特に希土類元素の蒸発速度の測定の準備として、単純系における主要元素の蒸発分別を実験的に検討した。系は固体惑星、地球にとって最も重要であり、基本となるMgO‐SiO2系で、Mg/Si比の異なる4種類の化学組成の出発物質を用いた。実験は真空中で、1600または1700℃で、数分から1日の範囲でおこなった。試料を球に近似して蒸発速度を求めると、加熱時間が短い間は出発物質により速度が異なるが、一定の時間を経過すると、すべての試料が同一の蒸発速度をもつようになり、定常状態に達する。この蒸発速度は固体のフォルステライトおよびSiO2に比べて大きい。温度が100度異なることによって、蒸発速度はおよそ1桁異なる。残さの組織、化学組成、鉱物種を調べた結果、この系は実験条件下でMgにくらべSiがより速い速度で蒸発し、残さは時間とともにMgに富むようになる。系の化学組成が変化するため、等温であるにもかかわらず、フォルステライトが結晶化する。蒸発速度が一定になる条件はすなわち残さの化学組成が一定になる条件で、ここではフォルステライトと粒間のメルトの蒸発速度が釣り合っていることがわかる。実験条件の範囲内では残さは出発物質、温度とは無関係に一定の組成をもつ。これらの変化は温度一定における圧力一組成の相図を作製することでよく理解できる。蒸発による定温結晶化作用は従来まったく研究されてこなかった分野であり、惑星科学に新たな視点をもたらすものである。微量成分に関する実験は進行中である。

元素在真空或氢气或惰性气体中从熔体中蒸发的速率由元素在熔体中的扩散决定，这可以用于根据蒸发速率计算元素在熔体中的扩散速率。我试过了。为了准备测量痕量成分，特别是稀土元素的蒸发速率，这是本研究的最终目标，我们通过实验研究了简单系统中主要元素的蒸发分馏。该系统是基本的 MgO-SiO2 系统，这对于固体行星地球来说是最重要的，并且使用了具有不同 Mg/Si 比率的四种不同化学成分的起始材料。实验在 1600 或 1700°C 的真空中进行，持续时间从几分钟到一天不等。如果我们将样品近似为球体并计算蒸发速率，则当加热时间较短时，速率会根据起始材料而变化，但经过一定时间后，所有样品将具有相同的蒸发速率并达到稳定状态将会达到。与固体镁橄榄石和二氧化硅相比，该蒸发速率较高。 100度的温差会导致蒸发速率相差大约一个数量级。通过检查残渣的质地、化学成分和矿物种类，他们发现在实验条件下，硅的蒸发速度比镁更快，并且随着时间的推移，残渣中的镁含量会增加。由于系统化学成分的变化，尽管处于等温状态，镁橄榄石仍会结晶。蒸发速率保持恒定的条件是残渣化学成分保持恒定的条件，这里可以看出镁橄榄石和晶间熔体的蒸发速率是平衡的。在实验条件下，残余物具有恒定的组成，与起始材料和温度无关。通过构建恒定温度下的压力-成分相图可以更好地理解这些变化。蒸发引起的等温结晶是一个尚未被研究过的领域，它为行星科学带来了新的视角。关于微量成分的实验正在进行中。

项目成果

H.Nagahara: "Evaporation of forsterite in H2 gas" Geochimica et Cosmochimica Acta. 60(in press). (1996)

H.Nagahara：“氢气中镁橄榄石的蒸发”Geochimica et Cosmochimica Acta。

永原裕子: "原始太陽系星雲における珪酸塩メルトの安定性" 月刊地球. 12. 56-61 (1995)

Yuko Nagahara：“原太阳星云中硅酸盐熔体的稳定性”月刊地球。12. 56-61 (1995)