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[SVC33-01] シリケイトメルト中の微小な組成・構造不均質がマグマ結晶化に与える影響
キーワード：減圧結晶化、スーパーヒーティング、プレクリスタルクラスター、アトムプローブトモグラフィー
マグマ上昇中の結晶化はマグマの物性を大きく変化させ，火山の噴火様式を支配する．マグマの結晶化速度は，多くの先行研究から過冷却度に支配されることが示されている．近年では，出発物質のプレヒート温度（結晶化の前に経験した最高温度）が減圧中の結晶化に大きく影響することが実験的に示された(Matsumoto et al. 2023)．Matsumoto et al. (2023)は，プレヒート温度が高い場合にはメルトの構造が均質化し結晶化が抑えられるのに対し，プレヒート温度が低い場合には，メルト中に不均質として結晶の核の前駆体（プレクリスタルクラスター）が存在し，そこから不均質に結晶の核形成が起こるために結晶化が促進されたと提案している．しかし，そのプレクリスタルクラスターそのものは直接観察されておらず，その実体は明らかにされていない．そこで本研究では，異なるプレヒート温度を経験した２試料，つまり結晶速度が高くプレクリスタルクラスターの存在が示唆された試料(940 °Cでプレヒート)と均質化したと考えられる1300 °Cでプレヒートした試料を対象に，メルト中の組成的不均質をサブナノメートルからサブマイクロメートルスケールで分析した．本研究では，アトムプローブトモグラフィー(APT)と走査型透過電子顕微鏡（STEM）上でエネルギー分散型X線分光（EDS）を使用した分析を行った．APTを用いた分析では，940℃と1300℃でプレートヒートしたどちらの試料でも網目状（5 nm程度の空間スケール）の組成不均質が観察され，それらの不均質中はSiの濃度が低くなるとAl，Caの濃度が大きくなる傾向を示した．また，水素の濃度が高い数nm程度の大きさの水素のクラスターらしきものが見つかった．STEM-EDS分析では，940 °Cでプレヒートした試料にて，スキャン中にNaの移動が容易に起こることが示された． Naが移動するための活性化エネルギーはNBO間で低くなるため，Naの移動のしやすさはNBOの連結性が支配している可能性を示している．つまり，プレヒート温度が低く結晶速度が高いメルト中にはNBOに富むような領域が偏在しており，珪酸塩ネットワーク構造がバラバラに寸断されたNBOに富む領域がプレクリスタルクラスターなのかもしれない．