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マグマ中における元素拡散同位体効果の実験的研究

岩浆中元素扩散同位素效应的实验研究

基本信息

批准号：
06222215
负责人：
土山明
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
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

项目摘要

マグマの起源や分化を議論するとき同位体組成は重要なパラメータのひとつである。マグマ系における融解や結晶作用は高温でおこるので、固-液平衡に起因する同位体質量分別はほとんどおこらない。一方、マグマ中を同位体をもつ元素が拡散するときには、拡散種の質量,m:,によって拡散係数,D:,が異なるので、同位体質量分別がおこることが基体される。我々は、最近MCシミュレーションによりMgOメルト中でのMg,Oの自己拡散係数の同位体効果に関して、おおよそD∝m^<-0.1>の関係があることを示した。これは分子運動論から期待される関係(D∝m^<-0.5>)と比べて、質量依存性がかなり小さい。本研究では、このD-mの関係が、珪酸塩メルトでも成り立つのかどうかを明かにするため、珪酸塩メルトでのMDシミュレーションおよび室内実験による研究をおこなった。MDシミュレーションは、MgOおよびMgSiO_3メルトについてCaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系のポテンシャルパラメータを用いておこなった(N=1200,T=4000K,p=1 bar)。Oの自己拡散係数の質量依存性は、MgOに比べてMgSiO_3メルトの方が小さいことがわかった(MgO;D∝m^<-0.092±0.014>、MgSiO_3;D∝m^<-0.061±0.013>)。これはMgSiO_3メルトの方がMgOに比べてよりpolymerizeされているためと考えられる。一方、Si-Geを相互拡散させた実験の試料(NaAlSi_2O_6-NaAlGe_2O_6系,T=1400℃,p=9.5kb,t=4hrs)について、二次質量分析装置(SIMS)を用いてin-situでSiの同位体比(^<30>Si/^<28>Si)変化を測定した。Siの拡散距離に応じて100‰を越える大きな同位体質量分別が認められた。もしこの結果が正しいとすると、D∝m^<-0.5>程度の大きな質量依存性が期待される。これはMDシミュレーションの結果と一致せず、今後の課題である。

The origin of the isotope is discussed. Melting and crystallization are caused by high temperature and solid-liquid equilibrium, respectively. The mass of each isotope,m:, m: . The relationship between Mg,O and the isotope dispersion coefficient in MgO is discussed<-0.1>. The relation (D ∞ m^ ) between the molecular kinetic theory and <-0.5>the expectation is smaller than that between the mass dependence and the molecular kinetic theory. This study is aimed at investigating the relationship between D and M and indoor environment. The MgO and MgSiO_3 mixtures were used in the CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2 system (N=1200,T=4000K,p=1 bar). The mass dependence of the dispersion coefficient of O is that MgO is smaller than MgSiO3 (MgO;D $> m^<-0.092 $> 0.014>, MgSiO3;D $> m ^<-0.061 $> 0.013>). The MgSiO_3/MgO ratio is higher than that of MgO. Si/Si isotope ratio (^ Si/^ Si) of samples (NaAlSi_2O_6-NaAlGe_2O_6 system,T=1400℃,p= 9.5kb, t =4hrs) was determined by SIMS<30><28>. Si scattering distance is 100‰, and the isotope mass is 100‰. The results are positive and the large quality dependence of D ∞ m^<-0.5>is expected. The results of the study are consistent with those of the future.