相転移カイネティクスとダイヤモンド包有物に基づく地球深部の鉱物構成の解明

基于相变动力学和金刚石内含物阐明地球深处的矿物成分

• 批准号: 11J08170
• 负责人: 西 真之
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J08170/
• 关键词: 粒界拡散; 核形成; 下部マントル; ガーネット; Mg-perovskite; 反応縁; 高圧実験; 相転移カイネティクス; 拡散; ペロブスカイト; マントル対流

(研究1)鉱物の原子拡散速度は地球内部の流動特性や元素移動特性に影響する。昨年度から今年度にかけて、マントル構成鉱物の非平衡性や流動特性を理解することを目的として、MgOとSio_2結晶間の拡散律速反応であるMgSi03 perovskiteの反応縁成長速度を実験によりを明らかにした。24-50GPa, 1650-2100℃, 15-1500分の条件下で、計10回の実験を行った。回収試料の組織観察から、すべての実験条件でMgOとSiO_2の反応に伴うperovskite反応縁が確認された。また、得られた反応縁成長カイネティクスから、MgO成分の粒界拡散係数を、粒成長の効果を考慮して計算した。この結果から、下部マントル領域での鉱物の粒界拡散特性の議論が可能となった。(研究2)地球内部に存在する水は、相転移カイネティクスや岩石の流動特性に強く影響する。地球表層環境を構成する水は、地表の岩石との反応により含水鉱物を作り、プレートの沈み込みとともにマントル内に持ち込まれる。そのため含水鉱物の安定領域を知ることは、地球内部の水の循環機構とその規模を知るための重要な手掛かりとなる。今回、マルチアンビル型高圧発生装置と、焼結ダイヤモンドアンビル、貴金属製の試料容器を用いた超高圧下での含水実験技術を開発し、下部マントルにおける含水鉱物の相関係を研究した。その結果1200kmの深さを超えて、下部マントル深くまで存在できうる含水ケイ酸鉱物(Phase H)を新しく発見し、phase Hによる、地球表層から地球中心核(コア)までの大規模な水の循環の可能性を示した。

（研究1）矿物的原子扩散速率影响地球内部的流动特性和元素转移特性。去年到今年，我们通过实验明确了MgSi03钙钛矿反应边的生长速率，该反应是MgO和SiO_2晶体之间的扩散控制反应，旨在了解地幔组成矿物的非平衡和流动特征。共进行10次实验，条件为24-50GPa、1650-2100℃、15-1500分钟。通过对回收样品的微观结构观察，在所有实验条件下都证实了伴随MgO和SiO_2之间的反应的钙钛矿反应边缘。此外，根据获得的反应边缘生长动力学，考虑晶粒生长的影响，计算MgO成分的晶界扩散系数。这一结果使我们能够讨论下地幔区域矿物的晶界扩散特征。 （研究2）地球内部存在的水强烈影响岩石的相变动力学和流动特性。水构成了地球的表面环境，通过与地球表面岩石的反应产生水合矿物质，这些矿物质随着板块俯冲而被带入地幔。因此，了解水合矿物的稳定区域是了解地球内部水循环机制和规模的重要线索。此次，我们开发了使用多砧式高压发生器、烧结金刚石砧和贵金属样品容器的超高压水化实验技术，研究了水化矿物在水化过程中的相关系。下地幔。结果，我们发现了一种新的水合硅酸盐矿物（H相），它可以存在于下地幔深处，深度超过1200公里，这证明了环流的可能性。

项目成果

Garnet中のSi-Al相互拡散と沈み込むスラブの密度進化

石榴石中的硅铝相互扩散与俯冲板片的密度演化

• 发表时间: 2011
• 作者: Inoue;T.;西真之
• 通讯作者: 西真之

Growth kinetics of MgSiO_3 perovskite reaction rim between stishovite and periclase up to 50 GPa and its implication for grain boundary diffusivity in the lower mantle

50 GPa下镁硅石与方镁石之间的MgSiO_3钙钛矿反应边缘的生长动力学及其对下地幔晶界扩散率的意义

• 发表时间: 2013
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: M. Nishi;Y. Nishihara;T. Irifune
• 通讯作者: T. Irifune