下部マントルのレオロジー解明に向けた実験岩石学的研究

阐明下地幔流变学的实验岩石学研究

基本信息

批准号：
09J08826
负责人：
辻野典秀
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では下部マントル(>24万気圧)のレオロジー解明に向けた高圧実験を主とした研究を行う。そこで、高圧下での下部マントル鉱物の物性を調べるために本研究では今年度、以下の2点について実験を行った。(1)子動力学法(MDシミュレーション)を用いたMgOの格子拡散係数の温度圧力依存性および拡散機構の変化:分子動力学法を用いて、200GPa・6000Kまでのショットキー欠陥を介した格子拡散係数を決定した。ショットキー欠陥を介した格子拡散係数は25GPaまでと100GPa以上での圧力依存性は大きく異なり、低圧下では負の圧力依存性を、高圧下では正の圧力依存性を持つことを確認した。格子拡散係数の圧力依存性の変化は、原子が格子間に長時間滞在する拡散から格子間をジャンプする拡散への機構の変化で説明できることがわかった。(2)下部マントル条件での変形実験:地球下部マントル最上部条件でのPvの転位クリープにおける主要なすべり系について調べた。実験には東京工業大学・マグマファクトリーに設置されている三軸変形川井型装置(KATD)を用い、初めて下部マントル最上部条件(25GPa・1873K)で一軸圧縮、および、せん断変形実験を行った。出発物質にはカンラン石と斜方輝石を用いた。カンラン石を用いた一軸圧縮変形実験では有意な結晶の選択配向は観察されず、粒界すべり、もしくは拡散クリープによる変形が起きたことがわかった。斜方輝石を出発物質に用いたせん断変形実験では、転位クリープにおける主要なすべり系が[100](001)であることがわかった。この結果から、全マントルで報告されている下部マントル最上部での地震波異方性がPvの主要なすべり系によって説明できることがわかった。

在这项研究中，我们将主要进行高压实验来阐明下地幔（>240,000个大气压）的流变学。因此，为了研究高压下下地幔矿物的物理性质，今年我们进行了以下两点实验。 (1)利用分子动力学方法(MD模拟)确定MgO晶格扩散系数的温度-压力依赖性和扩散机制的变化：利用分子动力学方法，在高达200GPa和6000K的条件下测定通过肖特基缺陷的晶格扩散的扩散系数。证实肖特基缺陷介导的晶格扩散系数在25 GPa以下和100 GPa以上的压力依赖性存在显着差异，在低压下具有负压依赖性，在高压下具有正压依赖性。发现晶格扩散系数的压力依赖性的变化可以通过从原子在晶格之间长时间停留的扩散到原子在晶格之间跳跃的扩散的机制的变化来解释。 (2)下地幔条件下的变形实验：研究了地球下地幔最高条件下Pv位错蠕变的主要滑移系。实验中，我们使用安装在东京工业大学岩浆工厂的三轴变形河合型装置（KATD），首次在下地幔顶部条件（25GPa、1873K）下进行了单轴压缩和剪切变形实验。）。使用橄榄石和斜方辉石作为起始材料。在使用橄榄石的单轴压缩变形实验中，没有观察到显着的择优晶体取向，这表明变形是由于晶界滑移或扩散蠕变而发生的。以斜方辉石为起始材料的剪切变形实验表明，位错蠕变的主要滑移系为[100](001)。这些结果表明，下地幔顶部的地震各向异性（在整个地幔中都有报道）可以通过 Pv 的主要滑移系统来解释。