愛媛大,マントルの熱輸送特性に新知見

愛媛大学の研究グループは,地球深部マントルの主要構成鉱物と考えられているMgSiO3ブリッジマナイト(Brg)およびポストペロブスカイト(PPv)の格子熱伝導率(k)をコンピューターシミュレーションに基づき決定し,Brg-PPv相転移に伴いkが増加することを発見した(ニュースリリース)。

地球の最深部マントルの熱輸送特性の解明は,マントルの対流様式,地磁気の時間発展,内核の成長など,地球深部の熱進化を理解するうえで必要不可欠となる。しかし,下部マントルは超高温高圧環境のため(およそ20-140万気圧,2000-4000K),熱伝導率の実験的な測定は容易ではない。

研究グループは,下部マントルの主要構成鉱物と考えられているMgSiO3Brgおよびそれの最深部マントル条件下の高圧相として知られているPPvのkを量子力学シミュレーションにより決定した。

その結果,Brg-PPv相転移に伴いkが増加し,最深部マントルにおける相転移境界は格子熱伝導率の境界でもあることを発見した。これにより,相転移が核からマントルへと運ばれる熱流束の不均質性を増加させ,マントル・核のダイナミクスに影響を与える可能性が示唆されたという。

また,最深部マントルではPPv結晶のc軸方向が核-マントル境界に対して垂直な方向に選択配向することが地震学的観測から推定されているため,研究グループは最深部マントルにおける熱流束に対するPPv結晶の選択的配向による影響も調べた。

その結果,上述の選択配向が形成されている場合のkと結晶がランダムに配向している場合のkとの差はわずかであり,地球最深部マントルの熱輸送特性へのPPv結晶の選択配向による影響は小さいことが明らかにされた。

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