圧力スケールの構築に基づいた高温高圧その場分光測定による沈み込み帯流体の構造解明

基于压力尺度构建的高温高压原位光谱测量阐明俯冲带流体结构

基本信息

批准号：
22KJ0744
负责人：
高橋菜緒子
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高温高圧水溶液の分子振動特性にアプローチできる外熱式ダイヤモンドアンビルセル (DAC) 装置を用いたその場分光測定実験を実施するために、高温下でさまざまな水溶液と反応性が低いジルコンの圧力スケールを構築した。本研究では、先行研究の1.2 GPaという高温下での測定条件を超え、最高773 K、9 GPaまで合成ジルコンのラマンスペクトルを測定した。高温下で試料の圧力を決定するために、熱水DAC実験でよく用いられる試料室を等容と仮定して水の状態方的式から推定する手法を用いずに、その場粉末X線回折測定を同時に行うことで金の状態方程式から計算した。得られたラマンスペクトルを解析し、ジルコンの複数のラマン活性モードの波数の温度・圧力依存性を求めた。それらの結果をジルコンに関する既存の熱膨張率、圧縮率と組み合わせることで、波数の温度依存性に対する純粋な体積と温度の寄与を評価することができた。さらに、ジルコンのSiO4四面体構造の逆対称伸縮振動に注目すると、473-673Kにおける波数の圧力依存性は室温での圧力依存性とよく一致することがわかり、高温高圧下で測定した波数は温度と圧力それぞれの影響を組み合わせた式でよく再現された。本研究の成果は、地殻・上部マントルに相当する温度圧力条件において DAC 内試料の圧力決定にジルコン圧力スケールを使用することの利点と信頼性を強調するものである。これらの成果の一部は既に国内で学会発表を行った他、現在国際誌への投稿を準備中である。

使用外部光谱测量实验，使用外部热钻石砧池（DAC）仪器，可以接近高温，高压水溶液的分子振动特性，在构造高温下，与各种水性溶液的反应性较低的氧化锆量尺度的压力尺度构建在一起。在这项研究中，在先前的研究中，测量了773 K和9 GPA的合成锆石的拉曼光谱，超过1.2 GPA的测量条件。为了确定在高温下样品的压力，通过同时执行位于原位粉末X射线衍射测量测量的样品室（通常用于热液DAC实验中），而无需估计在水热DAC实验中通常使用的样品室的方法。分析获得的拉曼光谱，以确定锆石多种拉曼活性模式的波数的温度和压力依赖性。通过将这些结果与锆石热膨胀和压缩的现有系数相结合，我们能够评估纯体积和温度对波数的温度依赖性的贡献。此外，当我们专注于锆石SiO4四面体结构的成型对称拉伸振动时，发现波浪数在473-673K处的压力依赖性与室温下的压力依赖性很好地匹配，并且在高温下测得的波数和高压在高温下测得很好，而高压则是由平均压力效应的，并构成了效应的压力。这项研究的结果突出了使用锆石压力尺度确定在温度和压力条件下DAC中样品的压力的优点和可靠性，与地壳和上地幔相对应。其中一些结果已经在日本的学术会议上进行，目前正准备将其提交给国际杂志。