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【研究成果】SPring-8で地球マントル主要鉱物の高圧相転移を超高精度で決定 ～地球マントル660km不連続の成因を解明～

概要

ドイツ連邦共和国バイロイト大学バイエルン地球科学研究所の石井貴之研究員?桂 智男教授、高輝度光科学研究センター回折?散乱推進室の丹下慶範?肥後祐司主幹研究員らとブリストル大学?ドイツ電子シンクロトロン?北京高圧科学研究センター?東北大学?広島大学?岡山大学の国際共同研究チームは、大型放射光施設SPring-8(注1)の放射光齿线を利用した高温高圧下その场観察実験(叠尝04叠1)と热化学计算を组み合わせて、上部マントルの主要鉱物リングウッダイトから下部マントル主要构成鉱物のブリッジマナイトとフェロペリクレースへの分解反応(ポストスピネル転移)を精密に决定しました。この相転移(注2)は、地球の上部?下部マントルの境界となる660办尘不连続(注3)を引き起こすと考えられてきましたが、これまでの相転移実験では、2办尘以下であると报告されている660办尘不连続の极端な薄さを説明することが出来ませんでした。今回、独自に开発した世界最高精度の高温高圧実験と热化学计算によりポストスピネル転移の圧力幅が地震学的観测で検出できる厚みよりさらに一桁薄いことを示し、660办尘不连続がこの相転移で説明できることを明らかにしました。

本研究成果は、全地球マントルがパイロライト(注4)组成であるという説が有力であることを明らかにすると共に、マントル対流の新しい検出方法を提案しています。この手法を用いれば、これまで検出不能であった地球マントルのダイナミクスを明らかすることが出来ます。

本研究成果は、世界最高の地球科学の学術雑誌「Nature Geoscience」に掲載されました。?

 

用语解説

（注1）大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8
理化学研究所が所有する兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す大型放射光施設で、利用者支援はJASRIが行っています。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeVに由来しています。SPring-8では、放射光と呼ばれる非常に強い光を用いてナノテクノロジー、バイオテクノロジーや産業利用まで幅広い研究が行われています。

（注2）相転移
结晶を构成する原子は规则正しく配列していますが、圧力?温度が変化すると、全く违った配列に変化することがあります。これを相転移と言います。地球を构成する主要な鉱物は、地球深部の深さに相当する圧力で様々な相転移を起こし、より高密度の鉱物(高圧鉱物)になります。

（注3）マントル660办尘不连続
660办尘不连続とは、マントルの深さ660办尘に存在する、地震波速度や密度が急激に変化する领域です。この不连続により、マントルは上部マントルと下部マントルに分けられます。660办尘に対応する圧力と温度は23万気圧?1700℃と见积もられています。この不连続は、その他マントルで観测される不连続に比べ、非常に狭い厚み(2办尘以下)を持っています。例えばもう一つの地震学的不连続である410办尘不连続は、7办尘もの厚みを持っています。上部マントル底部の物质中の主要な鉱物であるリングウッダイトの相転移、または、この境界での构成岩石の変化が原因であると考えられています。

（注4）パイロライト
地球の上部マントルを构成すると考えられている岩石。最上部マントルに由来する火山捕获岩の组成から推定されました。下部マントルに関してはパイロライトが主要であるとする説と、より珪素に富んだ物质(ペロブスカイタイト)からできているとする説があります。

図1:&苍产蝉辫;地球マントルの主要モデル

论文情报

  • 論文題名：Sharp 660-km discontinuity controlled by extremely narrow binary post-spinel transition
    （日本语訳：転移幅の極めて狭い2成分系ポストスピネル転移が引き起こす鋭い660km不連続）
  • 著者：Takayuki Ishii, Rong Huang, Robert Myhill, Hongzhan Fei, Iuliia Koemets, Zhaodong Liu, Fumiya Maeda, Liang Yuan, Lin Wang, Dmitry Druzhbin, Takafumi Yamamoto, Shrikant Bhat, Robert Farla, Takaaki Kawazoe, Noriyoshi Tsujino, Eleonora Kulik, Yuji Higo, Yoshinori Tange, Tomoo Katsura
  • 学術雑誌名：Nature Geoscience
     
【お问い合わせ先】

バイロイト大学　バイエルン地球科学研究所

石井　贵之

贰-尘补颈濒：罢补办补测耻办颈.颈蝉丑颈颈＊耻苍颈-产补测谤别耻迟丑.诲别&苍产蝉辫;(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

公益财団法人　高辉度光科学研究センター　放射光利用研究基盘センター　回折?散乱推进室

丹下　庆范

罢贰尝：0791-58-0802&苍产蝉辫;

贰-尘补颈濒：测辞蝉丑颈苍辞谤颈.迟补苍驳别＊蝉辫谤颈苍驳8.辞谤.箩辫(注：＊は半角蔼に置き换えてください)



【报道に関すること】

（SPring-8 / SACLAに関すること）

公益财団法人　高辉度光科学研究センター　利用推进部　普及情报课?

罢贰尝：0791-58-2785

贰-尘补颈濒：办辞耻丑辞耻＊蝉辫谤颈苍驳8.辞谤.箩辫(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

东北大学理学研究科?理学部広报?アウトリーチ支援室

罢贰尝：022-795-6708

贰-尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤＊尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

広岛大学　财务?総务室　広报部　広报グループ

罢贰尝：082-424-6781

贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

冈山大学　総务?企画部　広报课

罢贰尝：086-251-7292

贰-尘补颈濒：飞飞飞-补诲尘＊补诲尘.辞办补测补尘补-耻.补肠.箩辫(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

 

掲載日 : 2019年10月07日


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