水-マグマ系を探るための微分干渉顕微鏡の製作

制造微分干涉显微镜来探索水-岩浆系统

基本信息

批准号：
13740308
负责人：
奥地拓生
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740308/
关键词：
高温高圧実験微分干渉顕微鏡 H20 融解曲線 H2O

项目摘要

ダイアモンドアンビルセルを用いた顕微鏡その場観察実験に対する新たな手法として、高温高圧力下での透過微分干渉観察法の応用を行った。試料としたH20は、高圧力下で多数の安定な結晶相を持ち、圧力2GPa以上ではVII相が安定になる。その融解曲線は過去に複数の研究により測定されているが、圧力6GPa以上においては未だ一致した結果が得られていない。その理由として、氷が透明で光学観察時にコントラストがつきにくいことに加えて、圧力増加につれて液相と固相の間の屈折率差が減少することから、その場観察における融解の判定が難しいことが挙げられる。そこで本研究では、試料の微細な屈折率の違いを空間微分の形で強調することのできる、透過微分干渉法の応用を行い、温度410度、圧力10GPaまでの条件で加熱に伴って氷が融解する様子を観察した。このために対物レンズを試料に近づけ、対物レンズに合わせて設計した水冷ジャケットを顕微鏡に取り付けた。昨年度に行った以上の実験に加えて、今年度は温度・圧力測定の精密化を行い、融解曲線の位置の精度向上を実現した。具体的には、圧力8GPaにおいて数時間の間、氷VIIと液体H20の共存状態を安定に実現させることにより、長時間の蛍光分光測定を波長分解能の高い分光器を用いて行うことができるようになった。これにより温度・圧力センサーとして用いている蛍光結晶の蛍光波長がより精密に決定できるようになり、融解曲線の誤差の評価が可能になってきた。得られた融解曲線は最近の結果(Datchi et al., 2000)と良く一致しているが、圧力8GPaでは数十度高温側に位置している。未だ温度は400度程度とやや低くはあるが、高温高圧力下での安定な微分干渉観察が可能になったことから、当初の目的であった水-マグマ系のその場観察についても応用の可能性は見えてきたといえる。今後はより高温で安定な実験を行うために、ダイアモンドアンビルセルと対物レンズ水冷ジャケットの改良が必要である。

作为一种利用金刚石砧座进行原位显微观察实验的新方法，我们应用了高温高压下的透射微分干涉观察。 H20样品在高压下具有许多稳定的晶相，并且VII相在压力高于2GPa时变得稳定。过去多项研究对其熔化曲线进行了测量，但在6 GPa以上的压力下尚未获得一致的结果。其原因是冰是透明的，在光学观察时难以获得对比度，并且随着压力的增加，液相和固相之间的折射率差减小，使得在原位观察时难以确定融化。因此，在这项研究中，我们应用了透射微分干涉测量法，它可以以空间差异的形式强调样品折射率的微小差异，从而观察到熔化状态。为此，将物镜靠近样品，并将设计为与物镜匹配的水冷套安装在显微镜上。除了去年进行的实验外，今年我们改进了温度和压力测量，并提高了熔化曲线位置的准确性。具体而言，通过在8 GPa的压力下稳定地实现冰VII和液态H2O的共存状态数小时，我们将能够使用具有高波长分辨率的光谱仪进行长期荧光光谱测量。这使得可以更精确地确定用作温度和压力传感器的荧光晶体的荧光波长，从而可以评估熔解曲线中的误差。得到的熔化曲线与最近的结果(Datchi et al., 2000)非常吻合，但在8 GPa的压力下，它偏高了几十度。虽然温度在400度左右还是有点低，但高温高压下稳定的微分干涉观测已经成为可能，因此现在可以将其应用于水-岩浆系统的原位观测，这就是原来的可以说，现在的可能性是可见的。未来需要对金刚石砧座和物镜水冷套进行改进，才能在更高的温度下进行稳定的实验。