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J-GLOBAL ID：201602276558034768   整理番号：16A0620963

200GPaまでのSiO₂-Al₂O₃ガラスの超高圧音響波速度

Ultrahigh-pressure acoustic wave velocities of SiO₂-Al₂O₃ glasses up to 200 GPa

著者 (7件)： OHIRA Itaru (Tohoku Univ., Sendai, JPN) ,  MURAKAMI Motohiko (Tohoku Univ., Sendai, JPN) ,  KOHARA Shinji (Japan Synchrotron Radiation Res. Inst., Hyogo, JPN) ,  KOHARA Shinji (National Inst. for Materials Sci. (NIMS), Hyogo, JPN) ,  OHARA Koji (Japan Synchrotron Radiation Res. Inst., Hyogo, JPN) ,  OHTANI Eiji (Tohoku Univ., Sendai, JPN) ,  OHTANI Eiji (V.S. Sobolev Inst. of Geology and Mineralogy, Russian Acad. of Sci., Novosibirsk, RUS)
資料名： Progress in Earth and Planetary Science (Web)  (Progress in Earth and Planetary Science (Web))
巻： 3  号： June  ページ： 3:18 (WEB ONLY)  発行年： 2016年06月 
JST資料番号： U0650A  ISSN： 2197-4284  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： ドイツ (DEU)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： マントル基底に存在するかもしれない高密度ケイ酸塩溶融物の性質を明らかにするために,天然ケイ酸塩溶融物の実験用類似体としてのケイ酸塩ガラスの構造と密度に関する広範な実験的研究を試みた。従来の超高圧実験は,しかしながらSiO₂またはMgSiO₃などの単純な系上で実行されたものであり,また,より複雑な系での実験は60GPa以下の比較的低圧条件下で行われてきた。超高圧下での高密度ケイ酸塩ガラスに起こる構造変化に関する他の金属陽イオンの効果は,ほとんど理解されていない。ここでは,アルミノ珪酸塩溶融物の類似体としてのガラスにおける圧力誘導構造変化に関するAl₂O₃の影響を理解するために,SiO₂-Al₂O₃ガラスのその場の高圧弾性波速度測定を行うための196.9GPaまでのブリリアン散乱分光法を使用した。10GPaから40GPaまでにおいて,Al₂O₃の豊富なガラス(SiO₂+20.5モル%のAl₂O₃)の側方弾性波速度(V_S)は,Al₂O₃の乏しいガラス(SiO₂+3.9モル%のAl₂O₃)のそれよりも大きかった。この結果は,大きな酸素配位数(5および6)を持つAlイオンの高い割合でのSiO₂-Al₂O₃ガラスが,Al₂O₃の含有量に応じて40GPaまで弾性的に硬質となり,ただしその後,40GPa以上では軟質となることを示唆している。40GPaから100GPaまでの圧力では,圧力増加に伴うV_Sの増加は,40GPa以下でよりも緩やかとなった。約100GPa超では,Al₂O₃の乏しいガラスでは130GPaにおいて,また,Al₂O₃の豊富なガラスでは116GPaにおいてP-V_S勾配(dV_S/dP)の急激な増加があった。これらの変化は,SiO₂ガラス及びMgSiO₃ガラスにおける従来の実験結果と類似している。dV_S/dPの変化が一般的にガラス中のSi-O配位状態に関連していることを前提にすると,筆者らの結果は,116GPa以上でのSiO₂-Al₂O₃ガラスにおける劇的な構造転換を示す可能性があり,おそらく6よりも高いSi-Oの平均配位数変化に関連付けられよう。SiO₂及びMgSiO₃ガラスに関する従来の音響波速度データと比較するとAl₂O₃は,dV_S/dPの急激な増加が観察される圧力の低下を促進するように見える。このことは,ケイ酸塩溶融物中のAl₂O₃が,下部マントル中でそれらの溶融物を重力的に安定化するのに役立っている可能性を示唆している。(翻訳著者抄録)

シソーラス用語： *音速 ,  ケイ酸塩 ,  *ケイ酸塩ガラス ,  超高圧 ,  スペクトル ,  アルミニウム化合物 ,  金属イオン ,  配位数 ,  *下部マントル ,  *マントル物質 ,  高圧鉱物 ,  アルミニウム(III)イオン ,  *溶融ケイ酸塩
準シソーラス用語： Brillouinスペクトル ,  アルミニウムイオン ,  *ケイ酸塩溶融物

分類 (1件)： 地球の内部構造・組成  (DC03080O)

引用文献 (46件)：

• Akahama Y, Kawamura H (2004) High-pressure Raman spectroscopy of diamond anvils to 250 GPa: method for pressure determination in the multimegabar pressure range. J Appl Phys 96:3748-3751
• Allwardt JR, Stebbins JF, Schmidt BC, Frost DJ, Withers AC, Hirschmann MM (2005) Aluminum coordination and the densification cation of high-pressure aluminosilicate glasses. Am Mineral 90:1218-1222
• Allwardt JR, Stebbins JF, Terasaki H, Du L-S, Frost DJ, Withers AC, Hirschmann MM, Suzuki A, Ohtani E (2007) Effect of structural transitions on properties of high-pressure silicate melts: ²⁷Al NMR, glass densities, and melt viscosities. Am Mineral 92:1093-1104
• Andrault D, Pesce G, Bouhifd MA, Bolfan-Casanova N, Hénot J-M, Mezouar M (2014) Melting of subducted basalt at the core-mantle boundary. Science 344:892-985
• Benmore CJ, Soignard E, Amin SA, Guthrie M, Shastri SD, Lee PL, Yarger JL (2010) Structural and topological changes in silica glass at pressure. Phys Rev B 81: 054105

タイトルに関連する用語 (6件)： SiO2 ,  Al2O3 ,  ガラス ,  超高圧 ,  音響 ,  波速度