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論文 |
論文
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奥野, 正幸 ; Okuno, Masayuki
概要:
本研究では、珪酸塩ガラスの高圧力下でのナノ構造の変化を明らかにし、地殻下部・マントル上部におけるマグマの挙動及び隕石衝突時の構造変化についての情報を得ることを目的とし、以下のような研究を行った。 1.SiO2ガラスについて静水圧による圧縮実
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験を行い、15GPaまでの圧縮で約28%の密度増加を確認し、それが、非架橋酸素を持つSiO_4四面体の小さなリング構造(3、4員環)の増加によることを明らかにした、この密度増加は、従来の我々の研究で明らかにした衝撃圧縮での密度増加より大きい。さらに、SiO_2,にGeO_2を加えたガラスについても衝撃圧縮を行い、GeO_2成分の増加に伴い構造変化が起こる圧力が低下することを明らかにした。 2.CaSiO_3-MgSiO_3,組成ガラスの静水圧縮及び衝撃圧縮実験を行い、構造変化をX線回折法、ラマン分光法ならびに分子動力学計算によって調べた。その結果、静水圧での圧縮では7.5GPaで5%前後の密度増加が観測され、X線回折測定、ラマン分光測定ならびに分子動力学計算の結果から、SiO_4四面体の3,4員環の増加が密度増加に寄与していることが明らかとなった。他方、衝撃圧縮では、これらのガラスは殆ど密度増加を示さず、衝撃圧縮ではSiO_4四面体の3,4員環が生成せず圧力の開放とともに構造緩和が起こり密度が変化しなかったと考えられる。 3.オパール試料について、38GPaまでの衝撃実験を行い、そのナノ構造の変化を明らかにした。その結果、オパールは20-30GPaの圧縮で約10%密度が増加し、より高圧では再び密度が減少することを見出した。X線測定の結果から、衝撃圧縮により結晶様の構造が失われ無秩序構造に変化することを明らかにした。 4.上記の研究の多くは、国内学会をはじめ2006年には国際鉱物学連合(IMA)で発表し、学術論文などとして公表した。<br />In order to obtain information for magma at lower crust and upper mantle regions and structural changes of glass materials by meteorite impacts, the following studies for the nano-structure change of silicate glass under high pressure condition were carried out.1. SiO_2 glass was compressed under static high pressure up 15 GPa, about 28% of density increase was observed. It was concluded that formations of 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons with non bridging oxygen are responsible for the density increase. SiO_2-GeO_2 glasses were also compressed by shock experiments. Increase of GeO_2 component accelerates their structure change.2. The structures changes of CaSiO_3-MgSiO_3 glasses compressed by static and shock compression were investigated by X-ray diffraction measurements, Raman spectroscopy and Molecular dynamics calculations. About 5% of density increase by static compression of 7.5 GPa was observed. Ii is suggested that this density increase caused by the formations of 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons. On the other hand, Almost no density increases were observed for shock compressed CaSiO_3-MgSiO_3 glasses. This fact may indicate that 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons may not be formed by shock compression and compressed structure was relaxed by pressure release and subsequent temperature increase.3. Structural change of opal nano-structure by shock compression was investigated. About 10% of density increase of opal at 20-30 GPa and density decrease at higher pressure. By X-ray diffraction measurements, the crystalline part of opal was change to amorphous state by shock. By IR spectroscopy, OH of opal decrease and frequency of OH band changed toward higher wavenumver were investigated.4. The results of these studies were presented at National and International Meetings such as IMA and also published as scientific papers.<br />研究課題/領域番号:15340185, 研究期間(年度):2003–2006<br />出典：「珪酸塩ガラスの静的及び動的圧縮によるナノ構造と物性の変化」研究成果報告書 課題番号15340185 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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奥野, 正幸 ; Okuno, Masayuki
概要:
本研究は鉱物結晶の融解および結晶化の現象を融液の側からその構造・組織ならびに組成の変化に注目し明らかにしたものである。主として、次のような研究を行った。 (1)ガラス構造の解析 まず、マグマの主成分であるAl_2O_3-SiO_2系のガラス
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を作成し、その構造を明らかにした。その結果、殆どのAl原子は4配位をとり、わずかに6配位のものが存在することが明らかになった。この結果は、モンテカルロ法によるシミュレーション計算結果ともよい一致を示した。また、斜長石組成(NaAlSi_3O_8-CaAl_2Si_2O_8)のガラスの構造を詳細に調べた。その結果、Ca,Alの増加に伴って、密度上昇とモル体積の減少がみられそれらは、ガラス構造中のT-O-T角(T=Si,Al)の減少に対応すること分かった。 (2)珪酸塩融液からの結晶相の晶出の関する研究 まず、ブラウン管ガラス中に生じたSbに富む数ミクロンの結晶相を調べ、それがromeiteであることを明らかにした。また、romeiteを含む微小なよりSbに冨むガラス相の構造を解析することによりSbがガラスのネットワーク構造の擾乱を引き起していることが明らかになった。このネットワーク構造の乱れが、romeite結晶の晶出に関係していると推測された。また、融液と微小結晶が共存していたと考えられる天然の火山ガラス(黒曜石)の構造を解析した。分析の結果、火山ガラスは熔融ガラスと異なるサブミクロン・スケール構造を持っていることが明らかになった。これは、火山ガラスに含まれる、微小なクリスタライトに関係すると考えられる。続いて、2成分系の結晶化の数値実験を行い、それを火成岩の組織の生成過程に応用した。火山岩と深成岩の組織の小異は2桁に及ぶ冷却速度の違いが原因であることを明らかにした。 (3)上記の結果および関連研究の結果をまとめ、学術雑誌ならびに学会に発表・公表した。<br />Principle results on the study on magma crystallization and mineral melting processes were followed.a) Structural studies of glassesFirstly, The glass structures of Al_2O_3-SiO_2 system that is one of the principle components of magma were analyzed. Many Al atoms in these glasses have tetrahedra and the number of octahedral Al may be small. This result is consistent with the model structure derived from Monte Carlo Simulation. The structures of feldspar (NaAlSi_3O_8-CaAl_2Si_2O_8) glasses were also analyzed. From the observations, it was evident that the density increase and molar volume decrease with increases of Ca and Al atoms could be explained by decrease of T-O-T angle (T=Si, AL) in the glass structure.b) Study on crystallization of silicate meltSb rich μ size crystals in cathode ray tube glass were investigated by X-ray diffraction and Raman spectra measurements and revealed that this crystal had romeite type structure. The structure Sb rich glass phase surrounding romeite crystal was also analyzed. It was evident that the network structure of this glass was rather distorted and this distortion may relate to crystallization of romeite. The structure of natural volcanic glass (onsidian) which had liquid and small crystalline phases was also analyzed. Obtained results show that this obsidian has sub-μ size phase which is not included normal liquid phase. This phase may be related in crystallite phase in obsidian. Numerical experiments on crystallization for binary silicate system were adopted for study on formation process of textures of volcanic rocks. The texture differences between volcanic and plutonic rocks may be caused by their different cooling rate.c) These results were discussed by all project members and we prepared some scientific papers.<br />研究課題/領域番号:10440153, 研究期間(年度):1998–2000<br />出典：「マグマの結晶化と鉱物の融解過程の構造化学的研究」研究成果報告書 課題番号10440153(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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