マントル最下部条件までにおける岩石の融解実験:マントル化学的進化の解明

集積後の地球は深いマグマオーシャンに覆われていたとされる。その後の、地球冷却に伴うマグマオーシャンの結晶化による化学分化の理解、また近年示唆されているマントル最下部における融解を理解する上で、マントル物質の融解相関係は最も重要な情報である。そこで、代表的なマントル物質である、橄欖岩と中央海嶺玄武岩についての、超高圧下における融解実験を行った。実験はレーザー加熱ダイアモンドセルを用いて、60万気圧3500度の温度圧力条件おいてにおいて行った。実験回収試料を薄膜試料作製装置イオンスライサで研磨し、電界放出型電子線プローブマイクロアナライザー(FE-EPMA)で化学分析を行った。橄欖岩、中央海嶺玄武岩の両出発物質において、融解に特徴的な組織を観察した。この結果から、各実験圧力条件における融解相関係を決定した。60万気圧における観覧岩の晶出順序は、温度の減少に伴い、マグネシウムペロフスカイト、カルシウムペロフスカイト、フェロペリクレースであった。マルチアンビルプレスによる33万気圧の実験結果に比べ、第二リキダス相がフェロペリクレースからカルシウムペロフスカイトに変わることを確認した。また、橄欖岩の融解実験については、回収試料中の組成分析も行っており、メルトとそれに接するリキダス相(マグネシウムペロフスカイト)の間の元素分配を決定した。特に、鉄の分配については明らかな圧力依存性が見られた。メルトは圧力とともに鉄に富む。鉄の分配は、両相の密度差をコントロールするパラメーターであり、本研究の結果は深部マントル条件におけるメルトは周囲の岩石よりも密度が大きく、重力的に安定であることを定性的に示している。

集積後の地球は深いマグマオーシャンに覆われていたとされる。その後の、地球冷却に伴うマグマオーシャンの結晶化による化学分化の理解、また近年示唆されているマントル最下部における融解を理解する上で、マントル物質の融解相関係は最も重要な情報である。そこで、代表的なマントル物質である、橄欖岩と中央海嶺玄武岩についての、超高圧下における融解実験を行った。実験はレーザー加熱ダイアモンドセルを用いて、60万気圧3500度の温度圧力条件おいてにおいて行った。実験回収試料を薄膜試料作製装置イオンスライサで研磨し、電界放出型電子線プローブマイクロアナライザー(FE-EPMA)で化学分析を行った。橄欖岩、中央海嶺玄武岩の両出発物質において、融解に特徴的な組織を観察した。この結果から、各実験圧力条件における融解相関係を決定した。60万気圧における観覧岩の晶出順序は、温度の減少に伴い、マグネシウムペロフスカイト、カルシウムペロフスカイト、フェロペリクレースであった。マルチアンビルプレスによる33万気圧の実験結果に比べ、第二リキダス相がフェロペリクレースからカルシウムペロフスカイトに変わることを確認した。また、橄欖岩の融解実験については、回収試料中の組成分析も行っており、メルトとそれに接するリキダス相(マグネシウムペロフスカイト)の間の元素分配を決定した。特に、鉄の分配については明らかな圧力依存性が見られた。メルトは圧力とともに鉄に富む。鉄の分配は、両相の密度差をコントロールするパラメーターであり、本研究の結果は深部マントル条件におけるメルトは周囲の岩石よりも密度が大きく、重力的に安定であることを定性的に示している。