脈として産する高圧鉱物の複数相飽和実験による沈み込み流体組成と移動の解明

通过脉状高压矿物的多相饱和实验阐明俯冲流体的成分和运动

基本信息

批准号：
19J21319
负责人：
高橋菜緒子
金额：
$ 1.92万
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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究最終年度の2021年度は、前年度までに外熱式ダイヤモンドアンビルセル高温高圧発生装置を用いたその場観察及びラマン分光測定実験法を確立したことで、高温高圧下における水溶液への石英(SiO2)とルチル(TiO2)の溶解特性に関する系統的なデータの取得に成功した。造岩鉱物の主成分である珪酸塩が沈み込み帯流体に溶解するメカニズムを分子レベルの構造から理解するために、最大約750 °C、約1.5 GPa条件でアルカリ性水溶液への石英の溶解度と石英飽和流体のラマンスペクトルを測定した。本研究は、これまで同様の研究でなされなかった溶解度とラマンスペクトルの同時測定に加え、溶存珪酸塩のラマンバンドの詳細な解析を行った。これにより、高温高圧下における純水とアルカリ性水溶液への珪酸塩の溶解特性の違いを示した。また実験結果は中性種やイオンを考慮した熱力学モデルと一致せず、珪酸塩陰イオンや重合種がアルカリ性水溶液への石英の高い溶解度に寄与することを示した。これらに基づき、沈み込み帯深部環境下でアルカリ性流体中に形成する珪酸塩種が特定の金属元素の溶解を促進するメカニズムを提案した。さらに、プレート境界岩中の高圧鉱物脈でしばしば異常濃集が観察されるルチルが沈み込み帯流体に溶解する条件を解明するために、構築したシステムを用いて高温高圧下で多様なナトリウム塩水溶液（Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaF水溶液）へのルチル溶解実験を行った。上述の水溶液に対するルチル溶解度は、純水に比べて最大一桁高く、流体のpHまたは錯体を形成する配位子の存在度により制御されることが明らかになった。この結果は、沈み込み帯深部環境で一般的に不動元素とされるチタンが流体を介して移動するメカニズムの理解を前進させる。これらの研究成果の一部は、国内学会で発表を行った他、国際誌に掲載された。

在上一年的2021年研究的最后一年中，我们使用了外部热钻石砧高压高压发生器建立了原位观察和拉曼光谱测量实验方法，并成功地获得了石英（Sio2）和鲁迪（tio2）的溶解特征的系统数据，并在高温下且高温下且较高的溶液中溶解了。为了了解硅质的主要成分（岩石形成矿物的主要成分），溶解在分子级结构中的俯冲区流体中，将石英在碱性水溶液中的溶解度和石英饱和流体的拉曼光谱在约750°C和约1.5 gpa条件下测量约为750°C和约750°C。这项研究还对同一研究中未进行的溶解度和拉曼光谱进行了同时测量，以及对溶解硅酸盐的拉曼带的详细分析。这显示了在高温和高压下纯净水和碱性水溶液中硅酸盐溶解的差异。此外，实验结果不符合中性物种和离子的热力学模型，并表明硅酸盐阴离子和聚合物质有助于石英在碱性水溶液中的高溶解度。基于这些因素，我们提出了一种机制，在深俯冲带环境中，在碱性液中形成的硅酸盐物种促进了特定金属元素的溶解。此外，为了澄清金红石溶解在俯冲区流体中的条件，在板块边界岩石中，经常在高压矿物静脉中观察到异常的浓度，金红石溶解实验是在高温下进行的，在高压下使用了多种水性盐溶液中的高压（Na2co3，Na2co3，NaAhco3，NaAhco3，Nahco3，Na2，Na2，Na2，Nah2，Nah2，Nah2，nah2，nah2，nah2，nah2，naf soist anf naahco naahco 3，naf）naf。已经发现，上述水溶液中的金红石溶解度比纯水高的数量级高，并且由液体的pH或形成络合物的配体的丰度控制。这一结果进一步了解了对通常认为是固定元素的钛在深俯冲带环境中流动的机制。其中一些研究结果在国内会议上提出，并在国际期刊上发表。