海洋プレートの密度の高温高圧その場測定

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沈み込むプレートのダイナミクスを解明するために、現実のマントル物質の物性を明らかにすることは不可欠である。本研究では、重要なパラメータである密度と粘性という2つの物性のうち、高圧実験によって精密に測定可能である密度について着目した。また、密度以外の物性についても取り扱った。そこで沈み込む海洋プレートとそれを取り囲むマントル物質の密度差を精密に測定することを試みた。当該研究領域では、スタグナントスラブの全貌を明らかにするために、対流モデリングを行う予定であるが、信頼しうるモデリングを行う際の基礎データとして、スタグナントスラブの精密な密度情報は必要不可欠であると考らえる。実験装置としてダイヤモンアンビルセルを用い、下部マントル最下部までの圧力領域の実験を試みた。さらに放射光を用いたX線その場観察を行うことで、今までにない非常に信頼性の高いデータが得られることができた。試料中の温度分布が一様になるように試料両面から加熱を行い、2000-3000ケルビンの温度で実験を行った。この温度は、マントル中の平均的な温度と予想されている値とほぼ同じである。ただし、一定温度を維持することはかなり困難であり、温度誤差は200-300度ほどであると見積もられる。温度沈み込むスラブ物質を代表するものとして、海洋プレートの上部を構成している玄武岩に注目し、周囲のマントル物質としてはパイロライト組成を採用した。実験結果によると、マントル最下部ではペロフスカイトがカルシウムイリジウム酸化物構造を持った鉱物へ相転移し、密度が大きく変化することが判明した。また、アルミ相も相転移を起こし、沈み込むスラブがマントル最下部まで沈み込む駆動力に寄与することが判明した。