X線その場観察実験による沈み込んだ海洋プレートの下部マントルにおける密度の決定

利用原位 X 射线观测实验测定俯冲大洋板块下地幔的密度

• 批准号: 02J00689
• 负责人: 西山 宣正 (幾島 宣正)
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J00689/
• 关键词: SPring-8; SPEED-MK.II; KAlSi_3O_8ホーランダイト; 相境界; 状態方程式; 堆積物; 海洋島玄武岩; 地球化学的貯蔵庫; SPEED-MkII; シンクロトロン放射光; プレス揺動機構; NaCl; B1-B2相境界; 超高温

今年度はおもにつぎのような成果があった。昨年度SPring-8に導入されたプレス揺動機構を有するKawai型装置、SPEED-Mk.IIを使用して、KAlSi_3O_8ホーランダイトの状態方程式および単斜晶系の高圧相への相境界を決定した。このKAlSi_3O_8におけるホーランダイト構造からさらなる高圧相への相転移は、東大物性研究所・八木教授との共同研究により初めて観察された相転移である。KAlSi_3O_8ホーランダイトは、沈み込んだ海洋地殻の一部である堆積物のマントル遷移層から下部マントル条件下における主要構成鉱物である。したがって、この鉱物のマントル遷移層、下部マントル条件下における状態方程式、さらなる高圧相への相転移は、沈み込んだ堆積物の地球深部における密度を見積もる上で不可欠である。沈み込んだ堆積物は、地球深部において、海洋島玄武岩に肥沃な(液相濃集元素に富んだ)成分を供給する地球化学的貯蔵庫を形成する可能性が、地球化学的研究から指摘されている。したがって、沈み込んだ堆積物の地球深部における密度を明らかにすることは、そのような地球化学的貯蔵庫が地球深部のどこに存在するのかを明らかにするうえで不可欠な情報である。実験の結果、圧力15-27万気圧、温度300-1800Kの範囲で、相境界および状態方程式に関するデータを得た。その結果、KAlSi_3O_8におけるホーランダイト構造から単斜晶系の高圧相への相境界は、P(GPa)=16.6+0.007T(K)で表されることが明らかになった。また、ホーランダイト構造の状態方程式パラメータを、その安定領域で収集したデータから算出した。本研究で得られた状態方程式パラメータを使って沈み込んだ堆積物の地球深部での密度を計算した結果は、それがマントル遷移層最下部に貯蔵される可能性が高いことを示唆している。

The achievements of this year are に お に に ぎ ような ような があった. Annual SPring yesterday - 8 に import さ れ た プ レ ス 揺 mechanism を have す る Kawai type device, SPEED - Mk. II を use し て, KAlSi_3O_8 ホ ー ラ ン ダ イ ト の equation of state お よ び 単 inclined crystal system の high 圧 phase へ の phase boundary を decided し た. こ の KAlSi_3O_8 に お け る ホ ー ラ ン ダ イ ト tectonic か ら さ ら な る high 圧 phase へ planning の phase shift は, neusoft institute, professor yagi と の joint research に よ り early め て 観 examine さ れ planning た phase shift で あ る. KAlSi_3O_8 ホ ー ラ ン ダ イ ト は, shen み 込 ん だ oceanic crust の a で あ る debris の マ ン ト ル migration layer か ら lower マ ン ト ル conditions に お け る mainly form the 鉱 で あ る. し た が っ て, こ の 鉱 content の マ ン ト ル migration layer and the lower マ ン ト ル conditions に お け る equation of state, さ ら な る high 圧 phase へ planning の phase shift は, shen み 込 ん だ debris の deep earth に お け る density を see product も る で not owe on で あ る. Shen み 込 ん だ debris は, deep earth に お い て, ocean island basalt に fertile な (liquid concentration element に rich ん だ) component supply を す る geochemical 蔵 storage library を form す が る possibility and geochemical research か ら blame さ れ て い る. し た が っ て, shen み 込 ん だ debris の deep earth に お け る density を Ming ら か に す る こ と は, そ の よ う な geochemical 蔵 storage library が deep earth の ど こ に exist す る の か を Ming ら か に す る う え で not owe な intelligence で あ る. The experimental results show that with a pressure range of 150,000 to 270,000 atmospheres and a temperature range of 300 to 1800K, the <s:1> range 囲で, the phase boundary および state equation に is related to するデ and タを, and た is obtained. そ の results, KAlSi_3O_8 に お け る ホ ー ラ ン ダ イ ト tectonic か ら 単 slanting series, high の 圧 へ の phase boundary は, P (GPa) (K) = 16.6 + 0.007 T で table さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, ホ ー ラ ン ダ イ の ト structure equation of state パ ラ メ ー タ を, そ の stability domain で 収 set し た デ ー タ か ら calculate し た. This study で have ら れ た equation of state パ ラ メ ー タ を make っ て shen み 込 ん だ debris の deep earth で を の density calculation し た results は, そ れ が マ ン ト ル migration layer of the lower に storage 蔵 さ れ likely が る い こ と を in stopping し て い る.

项目成果

Norimasa Nishiyama, Takehiko Yagi: "Phase relation and mineral chemistry in pyrolite to 2200℃ under the lower mantle pressures and implications for dynamics of mantle plume"Journal of Geophysical Research -Solid Earth. (in press).

Norimasa Nishiyama、Takehiko Yagi：“低地幔压力下 2200℃ 下的叶熔岩中的相关系和矿物化学以及对地幔柱动力学的影响”地球物理研究杂志 - 固体地球（正在出版）。

Norimasa Nishiyama, T.Katsura, K.Funakoshi, others: "Determination of the phase boundary between the B1 and B2 phases in NaCl by in situ X-ray diffraction"Physical Review B. 68. 134109 (2003)

Norimasa Nishiyama、T.Katsura、K.Funakoshi 等：“通过原位 X 射线衍射测定 NaCl 中 B1 和 B2 相之间的相界”Physical Review B. 68. 134109 (2003)

Norimasa Nishiyama, T.Irifune, others: "Precise determination of phase relation in pyrolite across the 660km seismic discontinuity by in situ X ray diffraction and quench experiments"Physics of the Earth and Planetary Interiors. in press.

Norimasa Nishiyama、T.Irifune 等人：“通过原位 X 射线衍射和淬火实验精确确定 660 公里地震不连续性的叶熔岩中的相位关系”《地球和行星内部物理学》。