Determination of elastic properties of magma under high pressure: To understand the behavior of magma in the interior of the Earth

SPring-8のBL04B1において、マルチアンビルプレスを用いた高温高圧実験とパルスエコーオーバーラップ超音波法を組み合わせることで、ナトリウムケイ酸塩メルトの弾性波速度測定を行い、圧力依存性・組成依存性を調べた。マグマの重合度によって、弾性波速度の圧力依存性が大きく異なることを明らかにした。圧力に対して単調に変化する結晶などの固体とは異なり、マグマの弾性特性が異常な振る舞いをすることを突き止めた。また、KEKのAR-NE5Cにおいて、二酸化炭素を含むケイ酸塩メルトのX線回折実験を行い、その構造解析に成功した。そして、二酸化炭素がケイ酸塩メルトのネットワーク構造に及ぼす影響やその圧力依存性を明らかにした。SPring-8のBL43LXUにおいて、ダイヤモンドアンビルセルとX線非弾性散乱を組み合わせることで、20万気圧までの圧力条件下におけるペリドタイト組成ガラスの音速測定を行った。加えて、BL11XUにおいて同組成ガラスのメスバウアー分光測定を行い、160万気圧の圧力までのガラス中の鉄の挙動を理解することが可能となった。特に高圧下における2価/3価比や高スピン・低スピン転移に関する有益な実験データを取得することができた。東京大学物性研のスーパーコンピュータおよび九州大学情報基盤研究開発センターの研究用計算機システムを使用することで、マントル最下部に相当する圧力130万気圧までペリドタイト組成マグマの弾性特性の圧力変化と局所構造および電子構造との相関をシミュレーションに基づいて解明した。上述した高圧実験結果を参照することで、計算方法、特にポテンシャルエネルギーに補正を加え、実験ではカバーできない細やかな圧力・温度ステップ、組成範囲で計算を行うことに成功した。

SPring-8のBL04B1において、マルチアンビルプレスを用いた高温高圧実験とパルスエコーオーバーラップ超音波法を組み合わせることで、ナトリウムケイ酸塩メルトの弾性波速度測定を行い、圧力依存性・組成依存性を調べた。マグマの重合度によって、弾性波速度の圧力依存性が大きく異なることを明らかにした。圧力に対して単調に変化する結晶などの固体とは異なり、マグマの弾性特性が異常な振る舞いをすることを突き止めた。また、KEKのAR-NE5Cにおいて、二酸化炭素を含むケイ酸塩メルトのX線回折実験を行い、その構造解析に成功した。そして、二酸化炭素がケイ酸塩メルトのネットワーク構造に及ぼす影響やその圧力依存性を明らかにした。SPring-8のBL43LXUにおいて、ダイヤモンドアンビルセルとX線非弾性散乱を組み合わせることで、20万気圧までの圧力条件下におけるペリドタイト組成ガラスの音速測定を行った。加えて、BL11XUにおいて同組成ガラスのメスバウアー分光測定を行い、160万気圧の圧力までのガラス中の鉄の挙動を理解することが可能となった。特に高圧下における2価/3価比や高スピン・低スピン転移に関する有益な実験データを取得することができた。東京大学物性研のスーパーコンピュータおよび九州大学情報基盤研究開発センターの研究用計算機システムを使用することで、マントル最下部に相当する圧力130万気圧までペリドタイト組成マグマの弾性特性の圧力変化と局所構造および電子構造との相関をシミュレーションに基づいて解明した。上述した高圧実験結果を参照することで、計算方法、特にポテンシャルエネルギーに補正を加え、実験ではカバーできない細やかな圧力・温度ステップ、組成範囲で計算を行うことに成功した。