高圧実験による下部マントルの化学的・鉱物学的構成の解明

通过高压实验阐明下地幔的化学和矿物成分

基本信息

批准号：
01J04319
负责人：
久保敦
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度行った研究は(1)MgO-Al_2O_3系圧力媒体に見合う強度を有するガスケットの開発(2)圧力30〜40GPa、温度2000℃の条件で合成されたパイロライト組成高圧試料の化学分析(3)差応力の存在する高圧試料内部に起こる結晶選択配向の研究。次にこれらの研究の成果を項目ごとに記す。(1)二種の異なる材質のガスケット(前段:MgO、後段、葉蝋石)の組み合わせにより、室温下33GPaまでの条件で、プレス荷重に対して圧力がほぼ直線的に増加するガスケットの開発に成功した。このガスケットとMgO-Al_2O_3系圧力媒体の使用により、近い将来、圧力60GPaの発生が可能になると期待される。(2)北海道大学設置の分析透過電子顕微鏡を用いで、高圧合成試料の超微小領域化学分析を行った。その結果、圧力38GPa、温度2000℃の条件から回収された高圧合成試料の内部に、遊離した金属鉄(直径0.1μm)が発見された。この発見は、下部マントル内部に遊離した金属鉄が存在する可能性を示すものである。(3)昨年度開発した差応力の評価方法を応用して、高圧室温下で円筒対称応力場におかれたMgO多結晶体内部に起こる結晶選択配向の評価を行った。その結果、差応力の方向によって、MgO単結晶の220面が系統的に選択配向を起こすことが見出された。これらの研究から得られた成果は、今後の下部マントルの物質構成、および下部マントル内部の結晶選択配向の研究に対して、いずれも大きな影響を与えると期待される。さらに、本年8月10日より18日まで、米国アルゴンヌ国立研究所の放射光施設Advanced Photon Sourceにおいて、超高圧試料内部の熱圧力の評価を行う実験プロジェクト(プリンストン大学の研究チーム主宰)に参加し、ダイヤモンドアンビル高圧装置を用いた放射光X線回折実験法について学んだ。我々の焼結ダイヤモンドを用いた実験でこれまでに達成された最高圧力は54GPaであるが、この世界記録は本研究を基礎として樹立されたものであることを最後に強調したい。

今年的研究内容为（1）适合MgO-Al_2O_3压力介质的强度垫片的研制（2）压力30-40GPa、温度2000℃条件下合成的硫铁矿成分高压样品的化学分析（3） ) 研究在存在差异应力的情况下高压样品内部发生的晶体择优取向。接下来，将逐项描述这些研究的结果。 (1) 通过组合由两种不同材料制成的垫片（第一级：氧化镁，第二级：叶蜡石），我们成功开发了一种垫片，其压力在室温下几乎与压力负载呈线性增加，最高可达 33 GPa。预计通过使用该垫片和MgO-Al_2O_3压力介质，在不久的将来将有可能产生60 GPa的压力。 (2) 使用北海道大学安装的分析透射电子显微镜，对高压合成样品进行了超显微化学分析。结果，在压力38GPa、温度2000℃的条件下回收的高压合成样品的内部发现了游离金属铁（直径0.1μm）。这一发现表明下地幔内存在游离金属铁的可能性。 (3) 应用去年开发的微分应力评估方法，评估了在高压和室温下置于圆柱形对称应力场中的 MgO 多晶体内部发生的晶体择优取向。结果发现，MgO单晶的220面根据不同应力的方向系统地经历择优取向。这些研究获得的结果预计将对下地幔物质组成和下地幔内优选晶体取向的未来研究产生重大影响。此外，今年8月10日至18日，我参加了一个实验项目（由普林斯顿大学的一个研究小组领导），评估先进光子源（位于美国普林斯顿大学的同步加速器辐射设施）的超高压样品内的热压力。美国阿贡国家实验室还了解了使用金刚石砧高压装置的同步辐射X射线衍射实验。我们使用烧结金刚石进行的实验中所达到的最高压力是 54 GPa，但我想在结束时强调这一世界纪录是基于这项研究而建立的。