広島大ら,マグマの挙動をレーザーで解明

広島大学と大阪大学は共同研究で,地球型惑星内部や地球飛来隕石の主要鉱物であるカンラン石を成分とするマグマの,極限状態での異常な相変化を示す結果を得た(ニュースリリース)。

従来の実験方法では実現が困難な高温高圧状態を発生させるため,高強度レーザーを試料に照射し,高密度プラズマの生成・膨張に伴う反作用で試料中に強力衝撃波を発生させる,高強度レーザー衝撃実験を行なった。

この実験は10億分の一秒程度のごく短時間での現象であるため高速度での測定が必要で,ストリークカメラという高速度カメラを使用した。

密度,圧力,温度,放射率などの測定結果をもとに,現象の解析を行なった結果,かなりの量の結晶化が起き,しかもその後その結晶が相転移することも解析で示された。

これまで、一旦マグマとなった(溶解した)カンラン石は温度と圧力がさらに上がると,単純に気化蒸発すると考えられてきたが,これとは異なる全く新しい知見が得られた。

この研究成果は,巨大地球型惑星の内部や惑星形成過程での微惑星衝突時に発生する極限環境(約10,000度および300万気圧程度)下では,マグマ中で複雑な化学反応・相変化が起こりうることを示唆しているという。

このことは,巨大衝突時の生成マグマの組成・物性や物質移動に再考の可能性があることを示唆し,巨大地球型惑星のマントルやコア形成時の元素の分配などに影響し,ひいては今後の地球型惑星の形成史研究に大きな影響を与えるとしている。

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