珪酸塩メルト蒸発のカイネティクスと同位体分別

硅酸盐熔体蒸发的动力学和同位素分馏

• 批准号: 06222205
• 负责人: 高橋 裕子
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06222205/
• 关键词: 珪酸塩メルト; 蒸発; 拡散; 真空; かんらん石; コンドリュール; 同位体分別

非平衝条件下で珪酸塩メルトおよび固体鉱物からの蒸発による元素および同位体の分別は、メルトの構造、鉱物の構造や結晶内部の元素の拡散が反応を支配すると考えられ、温度・圧力・雰囲気(fO2,fH2など)をコントロールした実験が必要である。さらに、太陽系星雲は水素ガスからなっており、蒸発速度は平衝、非平衝条件下とはまた異なったものとなることが推定され、実験的に反応速度を求める必要がある。そのため、東京大学理学部5号館に既存の真空装置を改良して、タングステンメシュ炉を導入した。それを用いて、様々な水素圧力条件下でのかんらん石の蒸発速度を求めた。その結果をHashimoto(1990)による蒸発エンタルピーを用いて低温に外挿し、珪酸塩メルト蒸発時における同位体元素分別の可能性について検討した。コンドリュールメルトの蒸発による界面後退距離を求め、拡散距離と比較してラフにコンドリュール加熱時における蒸発残渣の同位体分別の可能性を考えた。ほとんどの圧力、温度領域で元素の拡散距離はコンドリュールメルトの蒸発距離より大きいことが判明した。コンドリュールの融解時間はかなり瞬間的に近いと考えられているので、この温度ではコンドリュールメルトは融解時に十分内部は均質化され、蒸発に際し同位体分別が可能であるということである。天然のコンドリュールおける同位体分別を2次イオン質量分析計を用いて測定したところ、Mgについてのみわずかな分別がある可能性が示唆された。しかし本研究はメルトからの蒸発過程でコンドリュール形成時の同位体分別の可能性は低く、もし分別があるなら、コンドリュール形成以前に存在していたものが融解をうけずに残っていることを表している。

元素和同位素通过从非平面条件下从硅酸盐熔体和固体矿物质中蒸发而分离，被认为是受熔体结构，矿物结构以及结晶元素以及控制温度，压力和大气（例如FO2，FH2）中元素的扩散所控制的。此外，太阳星云由氢气组成，据估计，蒸发速率与在平坦和非匹配条件下的蒸发率不同，因此有必要通过实验确定反应速率。因此，现有的真空系统已改进到东京大学科学学院5号建筑物，并引入了钨网状炉。这用于确定各种氢压条件下橄榄石的蒸发率。使用Hashimoto（1990）蒸发的焓将结果推算为低温，以检查硅酸盐熔体蒸发过程中同位素分馏的可能性。确定了由于软骨熔体蒸发而引起的界面缩回距离，并与扩散距离相比，在软骨加热过程中蒸发残留物的同位素分馏的可能性被大致认为。发现在大多数压力和温度区域中该元件的扩散距离大于软骨熔体的蒸发距离。由于软骨的熔化时间被认为是非常瞬间的，因此在这种温度下，软骨熔体在熔化过程中充分匀浆，从而使同位素分馏后蒸发后。使用二级离子质谱仪测量天然软骨中的同位素分馏，这表明只有Mg可能具有略有分馏。然而，这项研究表明，从熔体蒸发过程中软骨形成期间同位素分级的可能性很低，如果存在分馏，则在软骨形成之前存在的东西保持不变。

项目成果

H.Nagahara: "Evaporation of olivine:Low pressure phase relations of the olivine system and its application for the origin of chondritic components in the solar nebula." Geopchim.Cosmochim.Acta. 58. 1951-1963 (1994)

H.Nagahara：“橄榄石的蒸发：橄榄石系统的低压相关系及其在太阳星云球粒陨石成分起源中的应用。”

永原裕子: "珪酸塩メルト蒸発のカイネティクス" 月刊地球. 17. 53-57 (1994)

永原裕子：“硅酸盐熔体蒸发动力学”地球月刊17. 53-57 (1994)。