炭質物の結晶構造進化：　炭素による地殻ダイナミクスの解明

碳质材料晶体结构的演化：阐明碳引起的地壳动力学

基本信息

批准号：
14J03941
负责人：
中村佳博
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、天然炭質物(日高変成岩・四万十付加体起源)の結晶構造進化に要する活性化体積を正確に見積もることに成功した。異なる圧力条件(0.5 GPa ~ 2.0 GPa)にてそれぞれの反応速度モデルにフィッティングすることで反応速度定数 (lnk)を決定した。そして反応速度定数と圧力に関するlog-linearプロットより-22 +/- 3.4 cm3/mol, -36+/-19.5 cm3/molの活性化体積を得た。これら負の活性化体積は、沈み込んだ炭質物は深部ほどより早く再結晶化が進行することを示唆している。さらにこの実験値を利用するこで、任意の温度圧力条件での炭質物の結晶度を計算することが可能となった。このコンター図をP-T path上で評価を行うと、10 Maの被熱時間でおおよそ500℃の変成温度を推定することでグラファイトの再結晶化が説明可能であることが明らかになった。つまり天然で一般的に観察できる天然グラファイトは、温度-圧力-被熱時間を考慮した反応速度速度論で、大部分の反応を説明できることを示唆している。この緑色片岩相での炭質物の再結晶化は、天然での報告とも調和的である。一方で活性化体積と活性化エネルギーは、どちらも反応次数が経時変化に伴い連続的に変化するトレンドを見出した。これは、各反応ごとに異なる活性化体積と活性化エネルギーを持っていることが明らかであり、実験定数の大きな誤差を生み出している要因の一つである。今後この問題を解決するためには、その場反応速度実験による実験値の高精度測定が必要である。

今年，我们成功地准确估算了天然碳水化合物演变所需的活化体积（来自Hidaka Metamorphic Rocks和Shimanto加合物）。通过在不同的压力条件下（0.5 GPA至2.0 GPA）拟合每个反应速率模型来确定反应速率常数（LNK）。激活的体积为-22 +/- 3.4 cm3/mol和-36 +/- 19.5 cm3/mol，从反应速率常数和压力的对数线性图获得。这些负激活的体积表明，俯冲碳水化合物在更深的地区更快地进展。此外，通过使用该实验值，在任意温度和压力条件下计算碳质材料的结晶度。对P-T路径的该轮廓图的评估表明，可以通过估计大约500°C的转化温度在10 mA的耐热时间来解释石墨的重结晶。换句话说，它表明可以在自然界中观察到的天然石墨可以通过考虑温度压缩加热的时间来解释大多数反应。绿色片岩相中碳水化合物的这种重结晶与自然界的报道和谐相处。另一方面，激活体积和激活能都发现了反应顺序随时间不断变化的趋势。显然，每个反应都有不同的激活量和激活能，这是在实验常数中造成较大误差的因素之一。为了将来解决这个问题，有必要使用原位反应速率实验来测量实验值。