高温高圧下電気伝導度測定による下部マントル組成の解明

通过测量高温高压下的电导率来阐明下地幔成分

基本信息

批准号：
22KJ0741
负责人：
奥田善之
金额：
$ 2.75万
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0741/
关键词：
下部マントルブリッジマナイト電気伝導度化学組成

项目摘要

下部マントルは地球体積の半分以上を占める最大の層であり，その化学組成・鉱物組成は地球全体の化学組成を支配する．下部マントルにおけるこれらの鉱物の量比および組成はこれまで高温高圧実験により得られる鉱物の地震波速度と地球内部の地震波速度分布観測を比較することで推定されてきたが，そのような制約のみでは下部マントルの鉱物の量比および組成の決定には不十分である．地震波速度と独立した物理量である電気伝導度は下部マントル鉱物の種類および組成に敏感であるため，地球内部の電気伝導度構造と高温高圧実験により得られる鉱物の電気伝導度の比較を行うことで，地震波の情報だけでは決まらなかった下部マントルの鉱物の量比および組成を強く制約することができる．そのため本研究では下部マントルを構成する各鉱物の鉄やアルミニウム濃度(x)，および圧力(P)温度(T)を振った系統的な電気伝導度測定を行い，観測と比較することで地震波のみでは得られなかった下部マントルの鉱物量比・組成を精密に決定することを目的とする．本年度は研究計画書の通り以下の試料について高温高圧下電気伝導度測定を行った．１．下部マントル第一主要構成鉱物ブリッジマナイトの電気伝導度測定鉄のみを含む試料：0 mol%, 10 mol%, 鉄とアルミを含む試料：ともに10%，の3組成について，70万気圧,3000 Kまで２．下部マントル第二主要構成鉱物フェロペリクレースの電気伝導度測定鉄を20%含む試料について，47万気圧，3000 Kまで

下地幔是最大的一层，占据地球体积的一半以上，其化学和矿物成分控制着整个地球的化学成分。通过将高温高压实验获得的矿物地震波速度与地球内部地震波速度分布观测结果进行比较，估算出下地幔中这些矿物的丰度和成分，但仅靠这样的约束并不能不足以确定地幔矿物的丰度比和组成。电导率是与地震波速度无关的物理量，对下地幔矿物的类型和成分敏感，可以强烈约束下地幔矿物的丰度比和成分，但无法确定。仅通过地震波信息。因此，在本研究中，我们通过改变组成下地幔的每种矿物的铁和铝浓度（x）、压力（P）和温度（T）来进行系统的电导率测量，并与观测结果进行比较。这项研究旨在精确确定下地幔的矿物丰度比和成分，这是以前无法获得的。今年，按照研究计划，我们对以下样品进行了高温高压下的电导率测量。 1.桥锰矿（下地幔的第一种主要成分矿物）的电导率测量仅含铁的样品：0 mol%、10 mol%，含铁和铝的样品：均为 700,000 atm，3000 2 至 K。方镁石（下地幔的第二种主要成分矿物）的电导率测量，含 20% 铁的样品可达 470,000 个大气压和 3000 K。