上部マントル条件下における岩石・鉱物の熱伝導率の直接測定

上地幔条件下岩石和矿物热导率的直接测量

• 批准号: 02640302
• 负责人: 須崎 純一
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02640302/
• 关键词: 熱伝導率測定; 上部マントル; 高温高圧; 非定常熱線法; ダナイト; オリビン

上部マントルと同じ温度圧力条件において安定に岩石・鉱物の熱伝導率を測定する技術を確立するため、これまでに開発した測定法の改良を試みた。本年度あらたに購入したメモリ-機能を備えたデジタルマルチメ-タ-を使用することにより、試料内部の温度内部の温度変化を従来の5倍の速度で測定することが可能となった。そのため、我々の採用している非定常熱線法でのデ-タの質は向上している。とくに高圧下において試料温度を上昇させて測定した場合、ロ-パスフィルタ-と組み合わせた新しい測定系は、試料加熱系に由来する雑音の排除に効果的である。このことにより、400℃以上の温度でも意味のあるデ-タがとれるようになった。現在、1000℃近くになると試料内部に電気的な干渉が起こるため、測定可能な温度領域は5GPaの圧力において800℃近辺までである。しかしながら、ほとんどの岩石は1000℃付近では温度による大きな熱伝導率変化が見られないため、上記の測定条件でも地下およそ150kmにおける熱伝導率を見積もることが可能である。地表に広く分布する花崗岩や玄武岩の熱伝導率は、この条件下では約2W/mKほどであるが、マントル構成物質のダナイトやパイロキシナイトではその2倍もあり、地球内部の温度計算にしばしば採用されてきた仮定値よりも大きいことがわかった。上部マントルの主要鉱物であるフォルステライトの結晶についても測定を行ない、ダナイト等の熱伝導率が高温高圧下でもなお大きい原因が、その主要構成鉱物であるオリビンの熱物性そのものに由来することを確認した。現在、このオリビンからスピネルへの相転移にともなう熱伝導率変化の測定を、類似物質において試みている。

为了建立一种在与上地幔相同温度和压力条件下稳定测量岩石和矿物热导率的技术，我们尝试改进迄今为止开发的测量方法。通过使用今年新购买的具有记忆功能的数字万用表，测量内部温度变化的速度比以前快了五倍。因此，我们采用的非定常热线法获得的数据质量得到了提高。特别是在高压下测量升高的样品温度时，与低通滤波器相结合的新测量系统可有效消除样品加热系统产生的噪音。这使得即使在 400°C 以上的温度下也能收集有意义的数据。目前，在5 GPa压力下可测量的温度范围可达800°C左右，因为当温度接近1000°C时，样品内部会发生电干扰。然而，由于大多数岩石在1000℃左右的温度下导热系数不会出现大的变化，因此即使在上述测量条件下，也可以估计地下约150公里的导热系数。在这些条件下，地球表面广泛分布的花岗岩和玄武岩的导热系数约为 2 W/mK，但作为地幔组成材料的纯橄榄岩和辉绿岩的导热系数是该导热系数的两倍，并且经常被用来计算地球内部的温度发现这比采用的假设值要大。我们还测量了上地幔的主要矿物镁橄榄石的晶体，并确认了纯橄榄岩等即使在高温高压下仍保持较高导热率的原因是其主要成分矿物的热物理性质，橄榄石做到了。我们目前正在尝试使用类似的材料来测量与从橄榄石到尖晶石的相变相关的热导率变化。