相転移カイネティクスとダイヤモンド包有物に基づく地球深部の鉱物構成の解明

基于相变动力学和金刚石内含物阐明地球深处的矿物成分

• 批准号: 11J08170
• 负责人: 西 真之
• 金额: $ 1.54万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J08170/
• 关键词: 粒界拡散; 核形成; 下部マントル; ガーネット; Mg-perovskite; 反応縁; 高圧実験; 相転移カイネティクス; 拡散; ペロブスカイト; マントル対流

(研究1)鉱物の原子拡散速度は地球内部の流動特性や元素移動特性に影響する。昨年度から今年度にかけて、マントル構成鉱物の非平衡性や流動特性を理解することを目的として、MgOとSio_2結晶間の拡散律速反応であるMgSi03 perovskiteの反応縁成長速度を実験によりを明らかにした。24-50GPa, 1650-2100℃, 15-1500分の条件下で、計10回の実験を行った。回収試料の組織観察から、すべての実験条件でMgOとSiO_2の反応に伴うperovskite反応縁が確認された。また、得られた反応縁成長カイネティクスから、MgO成分の粒界拡散係数を、粒成長の効果を考慮して計算した。この結果から、下部マントル領域での鉱物の粒界拡散特性の議論が可能となった。(研究2)地球内部に存在する水は、相転移カイネティクスや岩石の流動特性に強く影響する。地球表層環境を構成する水は、地表の岩石との反応により含水鉱物を作り、プレートの沈み込みとともにマントル内に持ち込まれる。そのため含水鉱物の安定領域を知ることは、地球内部の水の循環機構とその規模を知るための重要な手掛かりとなる。今回、マルチアンビル型高圧発生装置と、焼結ダイヤモンドアンビル、貴金属製の試料容器を用いた超高圧下での含水実験技術を開発し、下部マントルにおける含水鉱物の相関係を研究した。その結果1200kmの深さを超えて、下部マントル深くまで存在できうる含水ケイ酸鉱物(Phase H)を新しく発見し、phase Hによる、地球表層から地球中心核(コア)までの大規模な水の循環の可能性を示した。

(1) The influence of atomic dispersion velocity on the flow characteristics and element movement characteristics in the earth interior. The nonequilibrium and flow characteristics of MgSiO3 perovskite crystals were studied in this paper. Under the conditions of 24-50GPa, 1650-2100℃, 15-1500 minutes, 10 rounds of calculation were carried out. The microstructure of the sample was observed and the reaction conditions of MgO and SiO_2 were confirmed. In addition, the grain dispersion coefficient of MgO composition and the grain growth effect are taken into account in the calculation. The result is that the lower part of the field has the property of particle dispersion. (Study 2) The existence of water phase shift in the interior of the earth strongly affects the flow characteristics of rocks. Earth's surface environment is composed of water, rocks and rocks, and water is contained in the earth's surface. The stability of the water-containing substances is known, and the scale of the water circulation mechanism in the interior of the earth is known. In this paper, the phase relationship of aqueous solution in the sample container made of noble metal under ultra-high pressure was studied. The results show the possibility of large-scale water circulation from the earth's surface to the earth's central core.

项目成果

Garnet中のSi-Al相互拡散と沈み込むスラブの密度進化

石榴石中的硅铝相互扩散与俯冲板片的密度演化

• 发表时间: 2011
• 作者: Inoue;T.;西真之
• 通讯作者: 西真之

Growth kinetics of MgSiO_3 perovskite reaction rim between stishovite and periclase up to 50 GPa and its implication for grain boundary diffusivity in the lower mantle

50 GPa下镁硅石与方镁石之间的MgSiO_3钙钛矿反应边缘的生长动力学及其对下地幔晶界扩散率的意义

• 发表时间: 2013
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: M. Nishi;Y. Nishihara;T. Irifune
• 通讯作者: T. Irifune