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。

目前地球表面的热流估计约为 46 TW。然而，通过观测来澄清地球深处热量的分解是极其困难的。特别是，在讨论地球动力学和地球热演化时，从地核释放到地幔的热量流动非常重要。由于地幔底部是热边界层，其中传导热传输占主导地位，因此从外核到地幔的热流可以表示为温度梯度和组成矿物的导热系数的乘积。之前的研究中对最下地幔热导率的估计差异很大，范围从 3 到 30 W/m/K，并且经不起地球科学的争论。因此，在本研究中，我们通过将金刚石砧产生的高压与热反射法的热扩散率测量相结合，确定了高压下下地幔组成矿物的热导率。热反射法是利用溅射在样品表面的金属的反射率与表面温度的变化成比例变化的现象的测量方法。今年，我们的目标是使用外部电阻加热金刚石砧室测量高温下地幔矿物的热扩散率，并尝试将测量扩展到更高的温度并阐明温度依赖性。去年，安装在高压材料周围的加热器被置于大气压下。今年，通过引入真空室对样品室周围区域进行抽真空，我们成功地产生了 1300 摄氏度的高温，尽管这只是初步的。此外，已知镁钙钛矿是占最下地幔70体积％的主要矿物，在较低的地幔温度和压力条件下含有少量的铁和铝固溶体。因此，我们使用多砧高压发生器合成了含铁和铝的镁钙钛矿，并开始测量其热扩散率。此前测量热扩散时间时使用的铂作为反射材料，与样品中的铁发生反应，因此采用金作为反射材料，测温激光的波长相应改为532 nm。