地球深部の水の拡散・移動特性の解明

近年、地球内部の高温高圧状態において含水化する鉱物が相次いで発見されたことから、マントル対流により駆動される地球内部の大規模な水循環と、その地球ダイナミクスへの影響が盛んに議論されている。我々の研究グループは、中心核―マントル境界の化学反応を促進する成分としてマントルに少量含まれる「水」に着目しいる。これまでに、高温高圧かつ水を含んだ環境下での鉱物と金属鉄間の反応実験を行い、いくつかの新たな知見を得ている。特に重要な発見として、水を含んだ環境下では、鉱物と金属鉄間の化学反応により酸化鉄に富む反応帯が生成されること確認した。この反応帯は無水環境下では形成されないことも確認しており、水成分が核とマントルの化学反応を推進することを見出した。また、鉄―ニッケル合金を使用した反応帯形成実験から、水ー鉄反応に伴うフェロペリクレースの形成によって(1)元素の高速拡散、および(2)液体鉄の浸透により駆動されることが示唆された。本実験結果はJpGU2023大会で発表する予定である。別の実験として上記実験の出発物質用に高圧合成した含水ブリッジマナイトと無水ブリッジマナイトについて、大型放射光施設SPring8にて高温下XRD測定を行った。ブリッジマナイトの非晶質化時に高い応力が発生し、これが相変化のメカニズムに影響することが明らかとなった。この結果は隕石の相変化カイネティクスの理解に応用できる可能性があり、国際誌に論文として投稿中である。この反応についての水の影響について今後も理解を深めている予定である。

近年、地球内部の高温高圧状態において含水化する鉱物が相次いで発見されたことから、マントル対流により駆動される地球内部の大規模な水循環と、その地球ダイナミクスへの影響が盛んに議論されている。我々の研究グループは、中心核―マントル境界の化学反応を促進する成分としてマントルに少量含まれる「水」に着目しいる。これまでに、高温高圧かつ水を含んだ環境下での鉱物と金属鉄間の反応実験を行い、いくつかの新たな知見を得ている。特に重要な発見として、水を含んだ環境下では、鉱物と金属鉄間の化学反応により酸化鉄に富む反応帯が生成されること確認した。この反応帯は無水環境下では形成されないことも確認しており、水成分が核とマントルの化学反応を推進することを見出した。また、鉄―ニッケル合金を使用した反応帯形成実験から、水ー鉄反応に伴うフェロペリクレースの形成によって(1)元素の高速拡散、および(2)液体鉄の浸透により駆動されることが示唆された。本実験結果はJpGU2023大会で発表する予定である。別の実験として上記実験の出発物質用に高圧合成した含水ブリッジマナイトと無水ブリッジマナイトについて、大型放射光施設SPring8にて高温下XRD測定を行った。ブリッジマナイトの非晶質化時に高い応力が発生し、これが相変化のメカニズムに影響することが明らかとなった。この結果は隕石の相変化カイネティクスの理解に応用できる可能性があり、国際誌に論文として投稿中である。この反応についての水の影響について今後も理解を深めている予定である。