下部マントルにおける鉄の価数不均化反応とその駆動力の解明

下地幔中铁价歧化反应及其驱动力的阐明

基本信息

批准号：
08J06774
负责人：
浜根大輔
金额：
$ 1.02万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は鉄・アルミを固溶したペロブスカイト相およびポストペロブスカイト相の体積圧力関係を下部マントル全域にわたる条件で取得した。その他,hcp鉄,純粋なペロブスカイト相の体積圧力関係も同様に取得した。これまでに得られたデータを総合して計算を行い,高圧下における系の体積を価数不均化反応の有無で比較を行ったところ,価数不均化反応が進行した後の系の体積は価数不均化反応が進行しない系の体積を全下部マントル領域で下回ることが明らかとなった。地球下部マントルに相当する超高圧高温条件において、ギブスの自由エネルギーに最も強く影響を与えるのは物質の体積変化であるため,鉄が価数不均化に分解するという電荷的不利益(自由エネルギーの増加)よりも,高圧力下では系の体積減少(自由エネルギーの減少)の効果が強く影響していることを示している。すなわち下部マントルで進行する鉄の価数不均化反応の駆動力は主に「系の体積減少」と考えられ,下部マントルで酸化鉄が支配的であることに矛盾は無いと考えられる。また,鉄の価数不均化反応は100%進行した場合に最も系の体積が小さくなることが,計算上でしめすことができたが,一方で,価数不均化反応の進行の割合を生成相の組成から実測すると,組成や温度圧力が変化しても約70%程度にとどまっていることが徐々に見えてきた。すなわち,鉄の価数不均化反応の進行には何らかのブレーキもまた存在していることが伺える。

今年，我们获得了在整个下地幔条件下含有铁和铝固溶体的钙钛矿和后钙钛矿相的体积-压力关系。此外，类似地获得了hcp铁和纯钙钛矿相的体积-压力关系。我们对迄今为止获得的数据进行积分进行计算，并比较了有价歧化反应和没有价歧化反应时的高压体系的体积，结果发现，价歧化反应进行后体系的体积可知，该体积为低于在整个下地幔区域中价歧化反应不进行的系统的体积。在相当于地球下地幔的超高压和高温条件下，对吉布斯自由能影响最强烈的物质体积变化会导致电荷劣势（free energy），这表明体积减小（reduction）的影响高压下系统的自由能的增加比自由能的增加对系统的影响更大。换句话说，在下地幔中进行的铁价歧化反应的驱动力被认为主要是“系统的体积减小”，这与氧化铁在下地幔中占主导地位这一事实并不矛盾。地幔。另外，计算表明，当铁价歧化反应进行到100％时，体系的体积最小；当从形成的相的组成测量时，逐渐清楚，即使组成也保持在70％左右。，温度和压力发生变化。换句话说，铁价歧化反应的进展似乎存在某种阻碍。