[S-MP42] 鉱物の物理化学

[SMP42-P03] 高圧下におけるKAlSi3O8メルトの粘度

*鈴木 昭夫¹ (1.東北大学大学院理学研究科地学専攻)

キーワード：マグマ, 粘度, 高圧, マントル, 放射光

マグマは一般に地球内部の高温高圧力下で発生して地表へと噴出する。このため、高温高圧力下でのマグマの物性を知ることは重要である。これまで行われてきた研究により、マグマ（ケイ酸塩メルト）には圧力の増加と共に粘度が減少する物と増加する物があることが知られている。この様な違いはメルトの構造の違いおよび圧力の増加に伴う構造変化の違いで説明されているが、不明な点も多い。常圧下でネットワーク構造が発達しているメルトは圧力の増加に伴って粘度が減少するが、例えばNaAlSi₂O₆組成のメルトでは2GPa以上で粘度がほぼ一定になる(Suzuki et al., 2011)。高圧力下でのマグマの粘度を理解するには、さらに多様な組成かつ広範な温度圧力下で調べる必要がある。
KAlSi₃O₈は長石の端成分で、White and Montana (1990)によって2.5 GPaまで粘度測定が行われた。彼らの結果によると、1500℃では2 GPaで粘度が極小になるのに対し、1600℃では2.5 GPaまで単調に減少することが報告されている。すなわち、粘度の温度依存性は2.0 GPa以下と2.5 GPaで大きく異なることを意味しているが、筆者によるNaAlSi₂O₆メルトの粘度測定からは、およそ3 GPaまで粘度の温度依存性に変化はないことが示されている。そこで本研究では、KAlSi₃O₈組成のメルトの粘度を高温高圧力下で測定し、粘度の温度圧力依存性を調べた。
実験は茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構(KEK)の放射光実験施設であるPF-ARリングのNE7Aステーションでおこなった。NE7Aにはマルチアンビル型高圧発生装置MAX-IIIが備え付けてある。粘度測定はX線イメージング落球法でおこなった。高温高圧下において、高圧セルに放射光X線を照射し、試料中を落下する白金球のX線動画イメージから落下速度を測定して粘度を算出した。試料には天然のサニディン(KAlSi₃O₈)を使用した。実験は約6GPaまでの圧力下で行った。
実験の結果、約6GPaまで粘度が単調に減少することがわかった。また、粘度の温度依存性は、約6GPaまでほぼ一定であった。White and Montana (1990)で報告された粘度極小は認められなかった。本研究との違いをもたらした原因は不明だが、詳細は当日述べる。