Development of levitation experiments for studying magmas under high temperature conditions

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本研究では、これまで主に材料科学研究で利用されてきたレーザー加熱浮遊炉実験技術を地球科学のケイ酸塩マグマ実験に応用することにより、これまで実験が困難であった、かんらん岩組成のようなSiO2量が少なく、Feに富む、高融点・高反応組成マグマの実験研究を開拓することを目的として研究を行っている。2022年度においては、(1)国際宇宙ステーションの「きぼう」日本実験棟搭載の静電浮遊炉を用いたかんらん岩組成マグマの密度・粘性率測定と、(2)愛媛大学のレーザー加熱浮遊炉を用いたメルト実験の開発を行った。(1)については、2022年8月に国際宇宙ステーションでの実験を実施し、高温下において４種類のかんらん岩組成メルトの密度・粘性率の測定に成功した。この宇宙実験後の試料は2023年１月に帰還しており、帰還試料の観察・分析を現在進めている。(2)については、主に輝石組成試料についての研究を行った。一つ目の研究として、初期地球のマグマオーシャンのようなFeに富む組成のケイ酸塩マグマの構造を研究するための試料合成実験をレーザー加熱浮遊炉を用いて行った。(Mg,Fe)SiO3組成において、Fe量を変化させたガラス試料の合成を行った結果、Fe量約40%以上の組成において急にガラス化が困難になることが判明した。試行錯誤の結果、直径1mm以下に試料を小さくし、急冷速度を上げることにより、Fe量40%を越えるFeに富む組成についてもガラス化が可能であることが分かった。さらに、2つ目の研究として、レーザー加熱浮遊炉で作成した輝石組成ガラスを用い、高圧高温下での焼結実験を行うことにより、均質かつ細粒の輝石多結晶体を合成することに成功した。このような細粒均質の鉱物焼結体は、弾性波速度測定などの物性測定に非常に有用であり、鉱物物性研究などの地球科学研究の発展にも大きく貢献すると考えられる。