ブリルアン散乱測定による下部マントル鉱物の弾性波速度決定

使用布里渊散射测量确定下地幔矿物中的弹性波速度

基本信息

批准号：
10F00334
负责人：
廣瀬敬
金额：
$ 1.41万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

地球内部には過去に大量の玄武岩質海洋地殻が沈み込んだと考えられている。下部マントルに沈み込んだ玄武岩質海洋地殻中において、Alに富む相が岩石全体の約25%を占めることが知られている。このAlに富む相はNew Aluminous Phase(NAL相)およびCa-ferrite-type Phase(CF相)の2種類が知られている。これらNAL相とCF相は、NaAISiO4-MgAl2O4の2成分系でほぼ近似することができる。最近の相平衡の研究によれば、この2成分系において、N乱相は少なくとも45万気圧にてCF相へ相転移することがわかっている。これら2相の地震波速度はこれまで測定されたことがない。そこで本研究では、ダイアモンドアンビルセル装置を使った高圧実験とブリルアン散乱測定装置の組み合わせにより、高圧下で弾性波速度測定を行った。その結果、N乱相については9万気圧から38万気圧の範囲で、CF相についても18万気圧から74万気圧の圧力範囲で、横波速度の決定に成功した。それらの値は、他の代表的な下部マントル鉱物の速度に比べ、正方晶形のCaSiO3ペロフスカイト相を除き、遅いことがわかった。また、N乱相からCF相への相転移に伴い、横波速度が2.5%増加することが明らかになった。これらの結果は、下部マントルへ沈み込んだ玄武岩質海洋地殻が作る地震波速度異常を理解するのにきわめて重要なデータである。また今後、高温高圧下における速度決定が重要である。

据信，大量玄武岩洋壳在过去曾俯冲到地球内部。据了解，俯冲到下地幔的玄武岩洋壳中，富铝相约占岩石总量的25%。已知这种富铝相有两种类型：新铝相（NAL 相）和钙铁氧体型相（CF 相）。这些 NAL 和 CF 相可以用 NaAlSiO4-MgAl2O4 的双组分系统来近似。最近的相平衡研究表明，在这个双组分系统中，N 湍流相在至少 450,000 atm 的压力下经历相变到 CF 相。以前从未测量过这两个阶段的地震波速度。因此，在本研究中，我们通过使用金刚石砧池装置和布里渊散射测量装置结合高压实验来进行高压下的弹性波速度测量。结果，成功确定了压力范围为 90,000 至 380,000 atm 的 N 湍流相的剪切波速度，以及压力范围为 180,000 至 740,000 atm 的 CF 相的剪切波速度。发现这些值比除四方 CaSiO3 钙钛矿相之外的其他典型下地幔矿物的值要慢。研究还表明，随着从 N 无序相到 CF 相的相变，剪切波速增加了 2.5%。这些结果对于理解玄武岩洋壳俯冲到下地幔中所产生的地震波速度异常是极其重要的数据。未来，确定高温高压下的速度将很重要。

项目成果

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Sound velocities of Na 0.4Mg 0.6Al1.6Si0.4O4 NAL and CF phases to 73 GPa determined by Brillouin scattering method

通过布里渊散射法测定 Na 0.4Mg 0.6Al1.6Si0.4O4 NAL 和 CF 相的声速达到 73 GPa

DOI：
10.1007/s00269-012-0558-0
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
1.4
作者：
Lidong Dai・Yuki Kudo・Kei Hirose・Motohiko Murakami・Yuki ASahara・Haruka Ozawa・Yasuo Ohishi・Naohisa Hirao
通讯作者：
Lidong Dai・Yuki Kudo・Kei Hirose・Motohiko Murakami・Yuki ASahara・Haruka Ozawa・Yasuo Ohishi・Naohisa Hirao