パイロライト的全岩組成を持つ下部マントルの相関係と元素分配及び密度の解明

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下部マントルのダイナミクスを議論する上で最も基礎的で重要であろうと思われる下部マントルの相関係、元素分配、及び密度を、主にレーザー加熱式ダイヤモンドアンビル装置(LHDAC)を用いた高温高圧実験を行うことで明らかにした。最下部マントルの圧力まで、各圧力に応じた地温勾配に沿った温度条件における相関係、各構成鉱物の結晶構造、格子定数を放射光X線を用いた高温高圧その場観察実験によって決定し、精密に求めた。また各温度圧力条件で得られた回収サンプルを透過型分析電子顕微鏡で各構成鉱物の化学組成を決定する。以上の2つの結果から各温度圧力条件における密度を明らかにした。申請者は、下部マントル上部から最下部にわたる温度圧力条件における、下部マントルの相関係と各構成鉱物間の元素分配、及び密度を明らかにするために、出発物質としてマントルの代表的全岩組成をもつといわれるパイロライトとほぼ同じ化学組成であるKLB-1ペリドタイトのゲルを用いた実験を行う。相関係についてはSPring-8のLHDACビームラインでの高温高圧X線その場観察実験で決定し、結晶構造及び格子定数の精密な測定を行った。申請者は、SPring-8においてKLB-1ペリドタイトを用いた数回の予備的な実験を行っており、DAC試料室構成(圧力スケール、ガスケットの種類と厚み、圧媒体と断熱材の種類と厚み、試料の厚みなど)、レーザーの光学系、加熱時間、温度測定などで、最も適当である条件を吟味し、100GPa以上の条件においてそのシステムのルーチン化に成功した。各温度圧力でおこなった実験回収サンプルは、透過型分析電子顕微鏡(ATEM)で観察:及び元素分析を行い、各鉱物の化学組成を決定し、放射光で決定した相関係のクロスチェックを行った。