[S-MP29] 鉱物の物理化学

[SMP29-10] 斜長石メルトの構造と粘性

*近藤 望¹、河野 義生²、坂巻 竜也³、尾原 幸治⁴、則武 史哉⁵ (1.岡山大学惑星物質研究所、2.関西学院大学、3.東北大学、4.島根大学、5.山梨大学)

キーワード：斜長石、メルト・ガラス、粘性、メルト構造

斜長石は火山マグマの基本構成成分であり、Albite (NaAlSi₃O₈)とAnorthite (CaAl₂Si₂O₈)といった端成分を持つ。これら斜長石端成分のメルトは、NBO/T（Number of non-bridging oxygen / tetrahedral atom; 四面体構造を構成するイオンあたりの非架橋酸素数）値で見ると両者ともNBO/T=0と同じ値を示すが、粘性は大きく異なることが知られている(例えば、Liet al., 2021, Chem. Geol.)。従来、メルトの粘性はNBO/Tに支配されているという理解が主流となってきた(例えば、Mysen, 1983, AREPS)が、斜長石メルトといった基本的なメルトの粘性の違いがNBO/Tの枠組みでは解釈できないことは大きな問題だった。斜長石メルトの粘性が何に支配されているのか、粘性の違いを生じるメカニズムを解明することは、地球内部におけるマグマの移動特性や火山噴火過程の理解につながる重要な課題といえる。
本研究では、比較的実験の少ないCaAl₂Si₂O₈メルトについて、Advanced Photon Sourceの16-BM-Bビームラインにおいて常圧から約4 GPaまでの圧力で粘性測定を行い、加えて、常圧から約7GPaまでの圧力でCaAl₂Si₂O₈メルトとNaAlSi₃O₈メルトの構造測定を行った。結果として、CaAl₂Si₂O₈メルトは常圧での粘性がNaAlSi₃O₈メルトよりも約10² Pa s低く、圧力増加とともに粘性は大きく変化しないことがわかった。メルト構造においても、CaAl₂Si₂O₈メルトとNaAlSi₃O₈メルトではS(Q)のFSDP (First Sharp Diffraction Peak)に明確な違いが見られた。これらの結果を解釈するため、我々はさらにNaAlSi₃O₈からCaAl₂Si₂O₈までAnorthite成分を変化させたガラスを合成し、SPring-8のBL04B2ビームラインにおいてガラス構造の精密分析を行った。そして、このガラス構造データを元に、Molecular Dynamics計算とReverse Monte-Carlo計算を行い、斜長石ガラスの構造モデルを構築した。本発表では、斜長石メルトの粘性の違いがどういった構造に由来するのかについて、また圧力による粘性変化のメカニズムについて議論する。