放射光を用いた水とマグマの臨界現象の直接観察及び含水マグマの粘性測定

利用同步辐射直接观察水和岩浆之间的临界现象并测量含水岩浆的粘度

基本信息

批准号：
16740250
负责人：
三部賢治
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

西播磨の大型放射光施設Spring-8において、川井型2段式マルチアンビル高圧発生装置と放射光を用いたラジオグラフィ法により高温高圧下で共存する含水マグマとフルイドを直接観察し、それらの相の安定領域を決定する新しいサンプルカプセルを開発した。本研究は含水系における実験であるため、サンプルカプセルは水との反応性が低く、水を封入し、しかもX線の透過性が良いものである必要がある。それを満たすものとして、本研究では単結晶ダイヤモンドと貴金属チューブを組み合わせた新型カプセルを開発した。貴金属性のチューブ内に置かれたサンプルは、前後に置かれた「観察窓」の機能を兼ねている2つの単結晶ダイヤモンドの蓋を通し、X線ラジオグラフィにより直接観察される。比較的低圧力で含水マグマとフルイドの2相が共存する条件下では、どちらかの相がもう片方の相の中に球形に存在するのが観察される。一方、高圧になると含水マグマとフルイドの共存領域は狭くなり、ある圧力(第2臨界点)以上では両相完全に混和するため、X線透過像において球形の相は観察されない。この様にして、本研究ではペリドタイト-H_2O系及び、玄武岩-H_2O系等における第2臨界点を決定した。また、同様の新型サンプルカプセルを用いて、含水マグマの粘性測定も行った。サンプルカプセル上部にあらかじめ試料と共にセットしておいた貴金属球の含水マグマ中での落下速度をX線ラジオグラフィにより直接観察し、ストークスの法則からマグマの粘性を見積もるといった手法である。現在までに実験は全て終了し、得られたデータを解析中である。本研究の第2臨界点に関する成果はGeochimica et Cosmochimica Acta誌に掲載され、その掲載号の表紙を飾った。また、アメリカ地球物理学会Fall meetingにおいては、招待講演として口頭発表を行った。

在西播磨市的大型同步辐射设施Spring-8，我们利用河合型两级多砧高压发生器和同步辐射直接观测了高温高压下共存的含水岩浆和流体，并研究了它们的性质。开发了一种新的样品胶囊来确定的稳定区域。由于本研究是在含水体系中进行的实验，因此样品囊需要与水反应性低、封闭水、并且具有良好的X射线透明度。为了满足这一要求，本研究开发了一种结合单晶金刚石和贵金属管的新型胶囊。样品放置在贵金属管内，可通过前后两个单晶金刚石盖（兼作观察窗）使用 X 射线照相技术直接观察。在含水岩浆和流体两相在相对较低的压力下共存的条件下，观察到一相以球形存在于另一相内。另一方面，在高压下，含水岩浆和流体的共存区域变窄，并且在一定压力（第二临界点）之上，两相完全混合，因此在X射线透射图像中观察不到球形相。这样，本研究确定了橄榄岩-H_2O体系和玄武岩-H_2O体系中的第二个临界点。我们还使用类似的新样品胶囊测量了含水岩浆的粘度。该方法包括使用X射线照相术直接观察预先在含水岩浆中的样品盒顶部放置有样品的贵金属球的下落速度，并利用斯托克斯定律估算岩浆的粘度。迄今为止，所有实验均已完成，目前正在对获得的数据进行分析。与这项研究的第二个关键点相关的结果发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》杂志上，并登上了该期的封面。我还在美国地球物理学会秋季会议上作为受邀演讲者做了口头报告。