地球最深部炭素循環の探索：最下部マントルにおける炭素含有相の実験的研究

地球最深碳循环探索：最下地幔含碳相的实验研究

基本信息

批准号：
18J11633
负责人：
前田郁也
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地球内部に沈み込んだMgCO3は海洋プレート内部の酸化的環境において、深部炭素のホストとなりうる。一方、平均的な下部マントル内部では、還元的環境が実現しているため、炭酸塩鉱物がダイヤモンドや鉄炭化物（Fe3C、Fe7C3）へと変化する可能性が指摘されている。しかしながら、下部マントル深部の圧力温度および酸素フガシティ（fO2）条件下において、炭酸塩鉱物の安定性を調べた研究例は存在せず、下部マントル内部における炭素循環の制約はなされていない。本研究では、下部マントル深部の圧力-温度-fO2環境を再現し、MgCO3の安定性を実験的に観測した。下部マントルの温度圧力条件は、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル（LHDAC）を用いて再現した。本研究では、マグネシウム炭酸塩試料を微細な鉄カプセル（直径約15 μm）に封入してレーザー加熱を行うことにより、温度勾配を低減し、均質なfO2条件を再現することを目指した。反応生成相は、放射光X線回折法（XRD）および透過型電子顕微鏡（TEM/EDS）を併用して同定した。圧力123 GPa、温度1720-2510 Kにおける実験の結果、MgCO3の還元によるダイヤモンドもしくは鉄炭化物の生成は、120 GPa未満の圧力ではlogfO2(ΔIW)>0で、120 GPa付近の圧力ではlogfO2(ΔIW)~0の条件で生じることがわかった。下部マントルの酸素フガシティは、鉄の不均化反応によって－1.5～0程度のlogfO2(ΔIW)に保たれるとされている。このため、120 GPa以上すなわち深さ2700 km以深に沈み込んだ海洋プレート周辺の最下部マントルにおいては、MgCO3が安定となりうる。炭酸塩が最下部マントルに存在した場合、共融系をつくり岩石の融点を下げるため、炭酸塩に起因する熔融が起こりうる。

浸入地球内部的MGCO3可以在船用板内的氧化环境中托管深碳。另一方面，已经指出，由于平均较低地幔内部的还原性环境，碳酸盐矿物可能会变成钻石和铁碳化石（FE3C，FE7C3）。然而，尚无研究调查碳酸盐矿物质在压力温度和氧气散热（FO2）条件下的稳定性，并且对下地幔内部的碳循环没有限制。在这项研究中，我们再现了下层深处的压力温度 - fo2环境，并在实验上观察了MGCO3的稳定性。使用激光加热的钻石砧池（LHDAC）再现下地幔的温度和压力条件。在这项研究中，我们旨在通过将碳酸镁样品封装在细铁胶囊（直径约15μm）中并进行激光加热来降低温度梯度并重现均匀的FO2条件。使用同步加速器X射线衍射法（XRD）和透射电子显微镜（TEM/EDS）鉴定了反应产生阶段。在123 GPA压力和1720-2510 K的压力下进行的实验表明，在logfo2（ΔIW）> 0的条件下，在120 GPA的压力下，钻石或铁碳化物的形成发生在120 GPA的压力下，logfo2（ΔIW）〜0 〜0 〜0 〜0 age nage tabsers 〜0 gpa接近120 gpa。由于铁不偏反应，据说下地幔中的氧散果在logfo2（ΔIW）上保持在-1.5至0左右。因此，MGCO3可以在海板周围的最低地幔中保持稳定，该海板已在120 GPA或更多的地方浸没，即在2700 km或更多的深度。当碳酸盐存在于最低地幔中时，碳酸盐引起的熔化可能会产生共晶系统并降低岩石的熔点。