高温高圧下における下部マントル鉱物の熱拡散率測定

高温高压下地幔矿物的热扩散率测量

基本信息

批准号：
12J09119
负责人：
今田沙織
金额：
$ 1.73万
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：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

現在の地表における熱流量は約46 TWであると見積もられている。しかし、地球深部における熱の内訳を観測から明らかにすることは非常に難しい。特に核からマントルに放出される熱流量は地球のダイナミクス、地球の熱進化を議論する上で非常に重要である。マントル底部は熱伝導による熱輸送が卓越する熱境界層であるため、外核からマントルへの熱流量は温度勾配と構成鉱物の熱伝導率の積で表すことが出来る。先行研究による最下部マントルの熱伝導率の見積もりは3-30 W/m/Kと大きな幅があり、地球科学的な議論に耐えうるものではなかった。そこで本研究ではダイヤモンドアンビルによる高圧発生とサーモリフレクタンス法による熱拡散率測定を組み合わせることで高圧下における下部マントル構成鉱物の熱伝導率決定を行った。サーモリフレクタンス法はサンプル表面にスパッタした金属の反射率が表面温度の変化に比例して変化する現象を応用した測定法である。本年度は外部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた高温下におけるマントル鉱物の熱拡散率に向け、より高温下まで測定を拡張し、温度依存性を解明することを試みた。昨年度、高圧印加資料の周辺に設置したヒーターは大気圧下に置かれていた。本年度、試料室周辺を真空にする真空チャンバの導入を行うことで、予察的ではあるが、1300 ℃の高温発生に成功した。また、最下部マントルの70 vol%を占める主要鉱物であるMｇペロフスカイトは下部マントル温度圧力条件において、鉄、アルミニウムが少量固溶することが知られている。そこで、マルチアンビル高圧発生装置で鉄とアルミニウムを含んだMgペロフスカイトを合成し、熱拡散率測定を開始した。これまで熱拡散時間測定時の反射材として用いていたプラチナは試料中の鉄と反応してしまうため、反射材として金を用い、それに伴い温度測定用レーザーの波長を532 nmに変更した。

估计当前表面的热流量约为46 TW。但是，很难从观察结果中阐明深地球中的热量破裂。特别是，从核中释放到地幔的热流对于讨论地球的动力学和地球的热演化非常重要。由于地幔的底部是通过热导率提供出色的热传输的热边界层，因此从外芯到地幔的热流可以表示为温度梯度的乘积和组成矿物的热导率。先前的研究估计最低地幔的热导率的范围为3-30 W/m/k，不适合地球科学争论。因此，在这项研究中，我们使用钻石砧和热反射方法结合了高压生成，以确定在高压下较低地幔成分矿物质的热导率。温度侵占法是一种测量方法，它使用了一种现象，在这种现象中，金属在样品表面上的反射率与表面温度变化成正比变化。今年，我们试图通过使用外部电阻加热的钻石砧细胞在高温下的地幔矿物的热扩散来阐明高温的测量值。去年，将高压应用材料安装的加热器放置在大气压力下。今年，通过引入一个真空室，该真空室真空室周围的面积，我们成功地产生了1,300°C的高温，尽管这是一种初步措施。此外，已知Mg Perovskite是占最低地幔的70 vol％的主要矿物质，在温度和压力条件下在较低地幔的温度和压力条件下，铁和铝的固体固定量少量。因此，使用多Anvil高压发生器合成了含铁和铝的Mg钙钛矿，并开始了热扩散率测量。由于铂（以前曾用作测量热扩散时间的反射器）与样品中的铁反应，因此将黄金用作反射器，因此，温度测量激光器的波长更改为532 nm。