下部マントル中に存在するシリカ鉱物の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

地球マントルがケイ酸塩鉱物で構成されているため、その基本要素であるシリカ鉱物を理解することは、地球科学において第一級の課題である。ところが、下部マントル中でどのような結晶構造を持ったシリカ鉱物が存在しているのかということに関しては、数多くの報告があるが、まだ、未解決の問題である。そこで、高温高圧実験によって下部マントルの条件を実現し、シリカ鉱物の高圧相を合成することを試みた。そして、放射光を用いた高温高圧X線その場観を行い、シリカ鉱物の結晶構造を明らかにすることを目的とした。高圧発生装置としてはレーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを使用した。放射光X回折実験は大型放射光施設SPring-8で行った。実験出発試料としては石英の微粉末を用いた。約20ギガパスカルの圧力条件で加熱を行うと、石英はシリカの高圧相であるスティショバイトへ相転移した。この結果は過去の研究と調和的である。そして、さらに圧力を上げ70ギガパスカルにして加熱を行うと、CaCl2型のシリカ相に相転移した。過去に、ヨーロッパのグループが、α-PbO2型のシリカ相に相転移するという報告をしたが、この報告は間違いであることが判明した。過去の研究では、おそらく、相転移の際のカイネティクスの効果を正確に考慮できなかったため、準安定なシリカ高圧相を、熱力学的に安定な相と判断してしまったと思われる。本研究では、確認のために、シリカのアナログ物質であるゲルマニウム酸化物についても、同様の実験を行った結果、ゲルマニウム酸化物もシリカとまったく同じ相転移の様式をとることがわかり、互いに調和的な結果を得ることができた。