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。

为了利用可接近高温高压水溶液分子振动特性的外热式金刚石砧座（DAC）装置进行原位光谱实验，我们研究了反应活性较低的锆石的压力尺度。在高温下用各种水溶液制成。在本研究中，我们测量了合成锆石最高温度为773 K和9 GPa的拉曼光谱，超过了先前研究中1.2 GPa的高温测量条件。为了确定高温下样品的压力，我们进行了原位粉末X射线衍射，而不使用水热DAC实验中常用的方法，该方法假设样品室体积相等，并根据方程估算通过同时进行测量，根据金的状态方程计算出水的状态。对获得的拉曼光谱进行分析，以确定锆石的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现有的热膨胀系数和压缩系数相结合，我们能够评估纯体积和温度对波数温度依赖性的贡献。此外，关注锆石SiO4四面体结构的反对称伸缩振动，发现473-673K波数的压力依赖性与室温下的压力依赖性非常吻合，并且在高温高压下测得的波数结合了和压力影响的方程很好地再现了它。这项研究的结果强调了在与地壳和上地幔相当的温度和压力条件下使用锆石压力标尺测定 DAC 样品压力的优势和可靠性。其中一些成果已经在日本的学术会议上发表，我们目前正在准备将其提交给国际期刊。