高圧実験による下部マントルの化学的・鉱物学的構成の解明

今年度行った研究は(1)MgO-Al_2O_3系圧力媒体に見合う強度を有するガスケットの開発(2)圧力30〜40GPa、温度2000℃の条件で合成されたパイロライト組成高圧試料の化学分析(3)差応力の存在する高圧試料内部に起こる結晶選択配向の研究。次にこれらの研究の成果を項目ごとに記す。(1)二種の異なる材質のガスケット(前段:MgO、後段、葉蝋石)の組み合わせにより、室温下33GPaまでの条件で、プレス荷重に対して圧力がほぼ直線的に増加するガスケットの開発に成功した。このガスケットとMgO-Al_2O_3系圧力媒体の使用により、近い将来、圧力60GPaの発生が可能になると期待される。(2)北海道大学設置の分析透過電子顕微鏡を用いで、高圧合成試料の超微小領域化学分析を行った。その結果、圧力38GPa、温度2000℃の条件から回収された高圧合成試料の内部に、遊離した金属鉄(直径0.1μm)が発見された。この発見は、下部マントル内部に遊離した金属鉄が存在する可能性を示すものである。(3)昨年度開発した差応力の評価方法を応用して、高圧室温下で円筒対称応力場におかれたMgO多結晶体内部に起こる結晶選択配向の評価を行った。その結果、差応力の方向によって、MgO単結晶の220面が系統的に選択配向を起こすことが見出された。これらの研究から得られた成果は、今後の下部マントルの物質構成、および下部マントル内部の結晶選択配向の研究に対して、いずれも大きな影響を与えると期待される。さらに、本年8月10日より18日まで、米国アルゴンヌ国立研究所の放射光施設Advanced Photon Sourceにおいて、超高圧試料内部の熱圧力の評価を行う実験プロジェクト(プリンストン大学の研究チーム主宰)に参加し、ダイヤモンドアンビル高圧装置を用いた放射光X線回折実験法について学んだ。我々の焼結ダイヤモンドを用いた実験でこれまでに達成された最高圧力は54GPaであるが、この世界記録は本研究を基礎として樹立されたものであることを最後に強調したい。

今年度行った研究は(1)MgO-Al_2O_3系圧力媒体に見合う強度を有するガスケットの開発(2)圧力30〜40GPa、温度2000℃の条件で合成されたパイロライト組成高圧試料の化学分析(3)差応力の存在する高圧試料内部に起こる結晶選択配向の研究。次にこれらの研究の成果を項目ごとに記す。(1)二種の異なる材質のガスケット(前段:MgO、後段、葉蝋石)の組み合わせにより、室温下33GPaまでの条件で、プレス荷重に対して圧力がほぼ直線的に増加するガスケットの開発に成功した。このガスケットとMgO-Al_2O_3系圧力媒体の使用により、近い将来、圧力60GPaの発生が可能になると期待される。(2)北海道大学設置の分析透過電子顕微鏡を用いで、高圧合成試料の超微小領域化学分析を行った。その結果、圧力38GPa、温度2000℃の条件から回収された高圧合成試料の内部に、遊離した金属鉄(直径0.1μm)が発見された。この発見は、下部マントル内部に遊離した金属鉄が存在する可能性を示すものである。(3)昨年度開発した差応力の評価方法を応用して、高圧室温下で円筒対称応力場におかれたMgO多結晶体内部に起こる結晶選択配向の評価を行った。その結果、差応力の方向によって、MgO単結晶の220面が系統的に選択配向を起こすことが見出された。これらの研究から得られた成果は、今後の下部マントルの物質構成、および下部マントル内部の結晶選択配向の研究に対して、いずれも大きな影響を与えると期待される。さらに、本年8月10日より18日まで、米国アルゴンヌ国立研究所の放射光施設Advanced Photon Sourceにおいて、超高圧試料内部の熱圧力の評価を行う実験プロジェクト(プリンストン大学の研究チーム主宰)に参加し、ダイヤモンドアンビル高圧装置を用いた放射光X線回折実験法について学んだ。我々の焼結ダイヤモンドを用いた実験でこれまでに達成された最高圧力は54GPaであるが、この世界記録は本研究を基礎として樹立されたものであることを最後に強調したい。