マントル部分熔融領域最上部でのマグマ蓄積に関する実験的研究

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本研究の目的は.マントル部分熔融領域最上部でのマグマ蓄積過程の解明である.そのため,ナイロンビーズからなる多孔質媒質を部分熔融領域の固相(岩石)とみなし,塩化アンモニウム水溶液を液相(メルト)とみなして浸透流実験を行った.多孔質媒質の一端(リソスフェアの底に相当)を冷却することにより,マグマ発生場でのメルトの運ぶ熱とリソスフェアからの冷却との競合過程を模擬した.冷却温度と流量をパラメータとして変化させた前年度までの研究により,(1)水溶液による加熱が支配的な条件,(2)外部からの冷却が支配的な条件が,水溶液の冷却部での通過時間と熱伝導の特性時間との兼ね合いで決まることがわかっている.今年度は,(2)の条件で冷却部上部に形成されるシールの挙動に焦点を絞って研究を進めた.流入する塩化アンモニウム水溶液の濃度を変化させてシールの挙動を調べた.濃度が高く,冷却に伴う沈殿速度が大きい場合は,シールの強度増加率が,液圧の増加率よりも大きいため,流れは完全に遮断された.塩化アンモニウム水溶液の濃度が低く,沈殿速度が小さい場合は,シールの形成後,液圧の上昇と低下が繰り返されるという面白い現象が観察された.これは,冷却部にシールが形成されながらも,まだ流路が完全には閉鎖されていない状況で見られるものである.液圧の間欠的な変化は,シール内に残された流路の沈殿による閉塞と,流れによる侵食との競合によって生じるものだと考えられる(2004年アメリカ地球物理学連合秋季大会で発表).このようなプロセスは,リソスフェアという蓋のあるマントル部分熔融領域では考えにくいかもしれない.むしろ,熱水対流系などで重要になると考える.