中性子回折実験による水素を含むマントル構成鉱物の構造とその圧力応答の解明

通过中子衍射实验阐明含氢地幔组成矿物的结构及其压力响应

基本信息

批准号：
08J08328
负责人：
佐野亜沙美
金额：
$ 0.51万
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

オリビン(化学組成:(Mg,Fe)_2SiO_4)の高圧相で、深さ410kmから520km、520kmから670kmでそれぞれマントルの体積にして約60%を占めるリングウッダイトとワズレアイトには、質量比にして最大で約3%もの水が含まれうることが報告されている。無水鉱物中に取り込まれる水素の存在は微量であっても高温高圧下における鉱物の物性に多大なる影響を与え、地球全体の化学的、熱的進化過程の変化へと波及することから特に重要視されてきた。しかしこれまで無水鉱物中の水素結合の状態は赤外吸収スペクトルやラマンスペクトルといった分光学的手法、または水素に対しては感度の低いX線を用いた結晶学的な情報から推定されてきたにすぎない。本研究ではこれまで間接的な情報から議論されてきたこれらの鉱物中の水素の位置を直接決定すること、酸素雰囲気や組成による水素位置への影響を調べることを目的として、中性子回折実験を進める。今年度は高温高圧実験により合成した含水ワズレアイトについて常圧での中性子回折実験を行った。中性子回折実験用の出発物質は東北大学設置の川井式マルチアンビル型高圧発生装置を用いて合成した。目的の組成になるように混合したオリビン・エンスタタイト・ブルーサイトの粉末を白金または金カプセルに封入し、ワズレアイトの安定領域である17万気圧で1400度付近にて数時間保持した。その際、軽水素は中性子回折実験のバックグラウンドを上げてしまうため、重水素化したマグネシウム水酸化物(ブルーサイト)を出発物質に加えることにより重水素化した試料を合成した。このようにして合成した含水ワズレアイトについて、フランスInstitut Laue-Langebin内のD20ビームラインにて中性子粉末回折実験を行った。得られた回折パターンについて、現在解析中である。

据报道，橄榄石具有高压阶段的林木和牛兹石（化学成分：（mg，fe）_2SIO_4）为410至520 km和520 km和520至670 km深，每一个占地幔体积的约60％，可能含有大约3％的水比率。掺入无水矿物质的氢的存在尤其重要，因为即使少量氢气在高温和压力下也对矿物质的物理特性产生了显着影响，并且它扩散到全球化学和热进化过程的变化。然而，到目前为止，仅从光谱方法（例如红外吸收光谱和拉曼光谱）或使用X射线晶体学信息的X射线估计的无水矿物质中的氢键态，这些方法对氢的敏感。在这项研究中，我们将进行中子衍射实验，目的是直接确定氢在这些矿物质中的位置，这些矿物质已从间接信息中进行了讨论，并研究氧气大气和组成对氢的位置的影响。今年，我们在大气压下通过高温和高压实验进行了对含水的含水岩的中子衍射实验。使用安装在Tohoku University的Kawai风格的多型型高压发电机合成中子衍射实验的起始材料。将橄榄石enstatite brucite的粉末混合以实现所需的成分，封装在铂或金胶囊中，并保持约170,000 atm，该区域在1400°C左右稳定的Weszereite稳定区域持续了几个小时。在这种情况下，光氢会增加中子衍射实验的背景，因此，通过将氘化氢氧化镁（蓝光石）添加到起始材料中来合成氘化的样品。这样合成的含水式瓦兹列石在法国劳埃 - 兰格宾研究所的D20梁线上进行中子粉末衍射实验。目前正在分析获得的衍射模式。