マントル遷移層スラブの軟化と深発地震に関する実験的研究

地球マントル対流を理解する鍵となるマントル遷移層における沈み込んだ海洋プレート（遷移層スラブ）の挙動について、長年未解決とされてきたスラブの軟化と深発地震の発生という２つの問題を取り上げ、非平衡相転移と変形の相互作用というダイナミックな観点から考察することを目的として実験研究を開始した。まずD-111型高圧変形装置と放射光単色X線による変形―相転移その場観察手法の開発に取り組んだ。それにより遷移層圧力下20GPaを超える条件において、せん断変形場でMg2SiO4のオリビン－スピネル相転移のその場観察に成功した。相転移開始前の低温条件ではピストンと試料間でのスリップが卓越するが、昇温し相転移が開始すると試料のせん断変形が進行する様子がその場観察された。温度上昇および相転移によるせん断試料部の軟化が予想される。一方でX線回折データのクオリティや時分割測定の時間分解能の向上など問題点も明らかになった。またD-DIA型変形装置を用いて10GPaまでの条件で、せん断変形場でFe2SiO4のオリビン－スピネル相転移をその場観察する実験準備も進め、これまでにせん断変形場で得られているアコースティックエミッションデータの解析を行い、震源決定精度と試料サイズの関係について議論した。さらに660km不連続面を通過する遷移層スラブで起こるポストスピネル相転移が２段階で起こることを非平衡相転移に基づいて考察し、スラブ地震学で得られる不連続面の凹凸や多重不連続面との関係を議論した。基盤研究(S)との重複制限のため研究の初期段階で本課題は廃止となったが、本課題で得られたせん断変形場での相転移実験とアコースティックエミッション測定技術およびそれらの結果は、遷移層スラブの軟化とせん断不安定化の解明に必要不可欠なものである。

地球マントル対流を理解する鍵となるマントル遷移層における沈み込んだ海洋プレート（遷移層スラブ）の挙動について、長年未解決とされてきたスラブの軟化と深発地震の発生という２つの問題を取り上げ、非平衡相転移と変形の相互作用というダイナミックな観点から考察することを目的として実験研究を開始した。まずD-111型高圧変形装置と放射光単色X線による変形―相転移その場観察手法の開発に取り組んだ。それにより遷移層圧力下20GPaを超える条件において、せん断変形場でMg2SiO4のオリビン－スピネル相転移のその場観察に成功した。相転移開始前の低温条件ではピストンと試料間でのスリップが卓越するが、昇温し相転移が開始すると試料のせん断変形が進行する様子がその場観察された。温度上昇および相転移によるせん断試料部の軟化が予想される。一方でX線回折データのクオリティや時分割測定の時間分解能の向上など問題点も明らかになった。またD-DIA型変形装置を用いて10GPaまでの条件で、せん断変形場でFe2SiO4のオリビン－スピネル相転移をその場観察する実験準備も進め、これまでにせん断変形場で得られているアコースティックエミッションデータの解析を行い、震源決定精度と試料サイズの関係について議論した。さらに660km不連続面を通過する遷移層スラブで起こるポストスピネル相転移が２段階で起こることを非平衡相転移に基づいて考察し、スラブ地震学で得られる不連続面の凹凸や多重不連続面との関係を議論した。基盤研究(S)との重複制限のため研究の初期段階で本課題は廃止となったが、本課題で得られたせん断変形場での相転移実験とアコースティックエミッション測定技術およびそれらの結果は、遷移層スラブの軟化とせん断不安定化の解明に必要不可欠なものである。