パイロキシン-ガーネット相転移カイネティクスと沈み込むスラブの非平衡ミネラロジー

地球深部に沈み込むプレートの内部は周囲のマントルよりも低温の環境であり、鉱物の反応速度が非常に遅い。そのため、プレート内部のマントル鉱物は完全に平衡相関係に従うわけでなく、高圧相安定領域でも低圧相のまま、準安定相として存在する可能性が指摘されている。地震波トモグラフィーに映るプレートの停滞領域は、予想される非平衡鉱物の存在領域でもある。従って、相転移速度の解明は、粘性や密度等、物性値に密接に結びつくため、プレート滞留のメカニズムを考える上で非常に重要な課題である。今年度は沈み込むプレート内で起こると考えられているpyroxene-garnet相転移速度を測定するために、この相転移速度を律速するgarnet粒内の原子の拡散係数を比較的低含水量条件下で測定した。出発物質として、マントル遷移層領域に存在すると考えられる化学組成を持つメージャライトガーネットと、天然のパイロープ的組成のガーネットを用いた。これらのサンプルを研磨し、お互いを接触させ、高温高圧条件下で反応させた。高温高圧実験にはマルチアンビル型高圧発生装置を用い、回収試料の化学組成の分析には透過型電子顕微鏡を用いた。得られた拡散係数から計算したpyroxene-garnet相転移速度は非常に遅く、沈み込むプレート内でこの相転移が進行しないことが示唆された。また、この相転移が進行しないことを考慮して沈み込むプレートの鉱物構成を構築し、その密度を計算した。その結果、沈み込むプレートはマントル遷移層領域で周囲のマントルより賢くなり、この領域でプレートが浮力を持つことが示唆された。

地球深部に沈み込むプレートの内部は周囲のマントルよりも低温の環境であり、鉱物の反応速度が非常に遅い。そのため、プレート内部のマントル鉱物は完全に平衡相関係に従うわけでなく、高圧相安定領域でも低圧相のまま、準安定相として存在する可能性が指摘されている。地震波トモグラフィーに映るプレートの停滞領域は、予想される非平衡鉱物の存在領域でもある。従って、相転移速度の解明は、粘性や密度等、物性値に密接に結びつくため、プレート滞留のメカニズムを考える上で非常に重要な課題である。今年度は沈み込むプレート内で起こると考えられているpyroxene-garnet相転移速度を測定するために、この相転移速度を律速するgarnet粒内の原子の拡散係数を比較的低含水量条件下で測定した。出発物質として、マントル遷移層領域に存在すると考えられる化学組成を持つメージャライトガーネットと、天然のパイロープ的組成のガーネットを用いた。これらのサンプルを研磨し、お互いを接触させ、高温高圧条件下で反応させた。高温高圧実験にはマルチアンビル型高圧発生装置を用い、回収試料の化学組成の分析には透過型電子顕微鏡を用いた。得られた拡散係数から計算したpyroxene-garnet相転移速度は非常に遅く、沈み込むプレート内でこの相転移が進行しないことが示唆された。また、この相転移が進行しないことを考慮して沈み込むプレートの鉱物構成を構築し、その密度を計算した。その結果、沈み込むプレートはマントル遷移層領域で周囲のマントルより賢くなり、この領域でプレートが浮力を持つことが示唆された。