シリコンの自己拡散係数に基づく上層マントルのリオロギーに対する水のわずかな影響

科学分野:

• 地質物理学 地質物理学とは地質物理学です.
• ミネラル物理学 ミネラル物理学
• 地質化学 地質化学

背景:

• 地球の内部ダイナミクスに水の影響は顕著で,以前の研究では,低水濃度でもオリビンの大きなクリープ率の強化を示しています.
• しかし,実験的な変形研究には,水濃度やストレスレベルに関する制限があり,結果が歪む可能性があります.
• 岩石の変形は,シリコンの自己拡散と関連しており,これは,地球の内部に関連する高温で鉱物の爬行速度を制御する.

研究 の 目的:

• フォースタライトにおけるシリコンの自己拡散係数 (DSi) を実験的に決定する.
• 水分含量 (CH2O) と高圧・高温でのシリコン自己拡散の関係を調査する.
• 上層マントルのレオロジーと関連する地質現象に対する水の影響を再評価する.

主な方法:

• フォースタライトにおけるシリコン自己拡散係数 (DSi) の実験的決定.
• 測定は8GPaで実施され,気温は1,600Kから1,800Kの範囲であった.
• 水分 (CH2O) の関数としてのDSiの分析は,重量1ppm未満から約800ppmまで.

主要な成果:

• フォレステライトのシリコン自己拡散係数は,水分含有量との関係を示しています: DSi ≈ (CH2O) ≈1/3).
• この指数 (1/3) は,以前の実験的変形研究 (例えば,1.2) から導かれた指数よりも著しく低い.
• この発見は,以前の湿った変形実験で観察された高い爬行速度が,過剰な穀物境界水の影響を受けている可能性があることを示唆しています.

結論:

• 上層マントルのリオロギーに対する水の影響は,おそらく非常に小さい.
• アステノスフィアのミネラル水分化は,円滑な構造板の移動の原因である可能性は低い.
• 水分含有量の差異は,ホットスポット不動性の主要なメカニズムではないし,上層マントルの粘度最小ゾーンも説明できない.