下部マントル物質MgSiO_3-Al_2O_3系ペロブスカイト固溶体の構造化学

下地幔材料MgSiO_3-Al_2O_3基钙钛矿固溶体的结构化学

• 批准号: 12740299
• 负责人: 中塚 晃彦
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740299/
• 关键词: 下部マントル物質; 含水鉱物; マントル中の水; MgSiO_3-Al_2O_3系ペロブスカイト固溶体; 超高圧高温; 単結晶合成; 陽イオン分布; 未知相

下部マントル物質として脚光を浴びているMgSiO_3-Al_2O_3系ペロブスカイト固溶体の単結晶合成を、岡山大学固体地球研究センターに設置されている"6-8"分割球型超高圧発生装置を用いて、27GPa・1300℃の超高圧高温下で試みた。合成実験は超高圧高温下での水熱法を用いた。本研究では8%のAl_2O_3成分を含む試料の合成を試み,50μm程度の単結晶が得られた。4軸型X線回折計によりこの単結晶試料の構造評価を行った結果、格子定数a=b=4.8379(4)Å,c=12.9707(13)Å,α=β=90°,γ=120°の三方晶系の物質であり,ペロブスカイトとは異なった結晶であることがわかった。単結晶X線構造解析の結果,この結晶はAlが固溶した含水鉱物phase G (AI-phase G)であることが判明した。これまで,MgO-SiO_2-H_2O系のphase Gの安定領域はこの合成条件(27GPa・1300℃)よりもさらに低温にあるとされてきた。しかし,本研究の高圧実験において,Alが固溶することによってphase Gの安定領域がさらに高温高圧まで拡大することが明らかになった。この結果は下部マントル中での水のリザーバーがA1-phase Gであることを示唆しており,下部マントル中に水が存在する可能性が高いことを示している。さらに,EPMAによる化学分析と結晶化学的考察から,Al-phase Gの含水機構として,Si^<4+>→Al^<3+>+H^+の置換が考えられた。本研究で得られた結果は,現在マントル科学の分野で問題となっている「下部マントル中の水のリザーバーは何か?」という問題に大きな進展をもたらしたと考えられる。

Crystal synthesis of MgSiO_3-Al_2O_3 system solid solution and application of "6-8" segmented spherical ultra-high pressure generator at 27GPa·1300℃ were tested at the Solid Earth Research Institute of Okayama University. The synthesis process is applied to hydrothermal method under ultra-high pressure and high temperature. In this study, 8% Al_2O_3 was used to synthesize the sample, and the single crystal of 50 μm was obtained. 4-axis X-ray regression analysis of the structure evaluation of the single crystal sample results, lattice parameters a=b=4.8379(4),c=12.9707(13),α=β=90°,γ=120° trigonal crystal material, X-ray structural analysis results show that the crystal Al is solid solution and the aqueous phase G (AI-phase G) is solid solution. Therefore, the phase G of MgO-SiO_2-H_2O system is stable and the synthesis condition is 27GPa·1300℃. In this study, the high temperature and high pressure of Al solution were studied. The result is that the probability of water in the lower part is higher than that in the middle part. In this paper, chemical analysis of EPMA and investigation of crystallization chemistry are discussed. The water mechanism of Al-phase G is studied. The substitution of Si^<4+>→Al^<3+>+H^+ is studied. The results of this study are as follows: "What is the difference between science and water?" The problem is that there is no way to solve it.