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単斜輝石温度圧力測定法は、鉱物である単斜輝石を用いて、鉱物が結晶化した際のマグマの温度と圧力を測定する科学的手法である。単斜輝石は多くの火成岩に含まれるため、この手法は岩石全体の情報を測定するのに使用できる。地質温度圧力測定にはさまざまな鉱物を使用できるが、単斜輝石は火成岩によく見られる斑晶であり識別が容易であること、また単斜輝石の一種であるヒスイ輝石の結晶化はモル体積の増加を意味することから圧力の優れた指標となることから特に有用である。 [ 1]
この技術によって得られるデータは、マグマの結晶化、順行性および逆行性変成作用、鉱床の形成を理解するために使用されます。[2]これらのプロセスを理解することは、産業界だけでなく科学界にも役立ちます。このデータにより、リソスフェアの組成に関する情報をより詳細に推定することができ、ダイヤモンド探査業界はキンバーライトにダイヤモンドが含まれている可能性を判断できます。[3]
方法
温度圧力測定法では、平衡定数を使用して、岩石の形成中に存在する環境条件に関する情報を計算します。[2]岩石は形成される間、周囲の元素と反応し、十分に冷えて不活性になります。岩石内の各鉱物は、異なる時点で冷えて結晶化します。岩石生成グリッドは、各鉱物が順番に結晶化する様子を視覚化するのに便利です。[2]
特定の鉱物の個々の反応は、温度または圧力のどちらかを計算するために使用できます。したがって、単一の岩石のマグマの温度と圧力の両方を計算するには、2 つの異なる反応が必要です。熱力学とルシャトリエの原理に基づいて、圧力に適した反応と温度に適した反応があります。
この技術では、各反応を較正する必要があり、これは実験とデータ分析を通じて行われます。実験では、これらの岩石が形成される温度と圧力をシミュレートし、その条件で反応がどのように進行するかを観察します。一方、データ分析では、圧力と温度の情報を含む岩石サンプルの大規模なデータベースを蓄積します。実験データには大きなばらつきがある傾向があるため、自然層のデータが利用できる場合は、それを使用する方が正確です。 [2]
プレッシャー
圧力（ジオバロメーター）に最も適した反応は、反応中にモル体積が大きく変化する反応です。圧力が高いと反応の総体積が減少し、圧力が低いと反応の総体積が増加します。したがって、体積が大きい鉱物の割合と体積が小さい鉱物の割合に基づいて、反応中の環境の圧力を温度の関数として計算できます。各反応を較正し、圧力の変化に応じて体積が変化する速度を決定するには、実験を行う必要があります。[2]
温度
温度（地質温度計）に最適な反応は、反応エンタルピーが大きい反応で、これは大量の熱を放出または消費することを意味します。温度が高いと反応によって熱が消費され、温度が低いと反応によって熱が放出されます。地質気圧計と同様に、反応が較正されている限り、熱を放出して生成される鉱物と熱を消費して生成される鉱物の割合を使用して温度を計算できます。[2]
反応の種類
単斜輝石が関与し、温度圧力測定に使用できる反応には 3 つの種類があります。
単変量反応または変位平衡反応は、マグマ内の相を生成または破壊します。 [2]各相は最終的に独自の鉱物として結晶化します。温度と圧力の条件に基づいて、これらの相の異なる割合が最終的な岩石中に現れます。一例として、ヒスイ輝石と石英が反応して副炭酸塩が生成されます。[2] [1]ヒスイ輝石は輝石の一種であるため、この反応は単斜輝石の気圧測定に使用されます。
この特定の反応では、反応物と生成物の間の体積に大きな変化が伴うため、反応は圧力変化に非常に敏感です。[2]
交換反応は、類似の構造を持つ鉱物があり、その構造内でイオンが互いに入れ替わるときに発生します。[2]ほとんどの交換反応は高いエンタルピーを持つため、これは温度を計算する一般的な方法です。一例として、ガーネットと単斜輝石内のFe 2+とMg 2+の交換が挙げられます。 [2]これにより、パイロープとヘデンベルグ輝石（輝石）がアルマンディンと透輝石（輝石） に変化します。
ソルバス平衡反応は、温度に基づいて2つの相が互いに溶解するときに発生するため、通常は地質温度測定に役立ちます。 [2]そのような反応の1つは、単斜輝石と斜方輝石が互いに溶解するときです。これにより、鉱物全体のカルシウムとマグネシウムの分布が変化します。 [2]
アプリケーション
単斜輝石温度圧力測定法は、通常、鉱業で使用されています。ダイヤモンド産業では特に役立ち、多くの利害関係者がダイヤモンドを含む岩石の形成に関する圧力と温度のデータを持っています。[3]これは、ダイヤモンドは通常キンバーライトで見つかりますが、キンバーライトにダイヤモンドが常に含まれているとは限らないため重要です。見つかったキンバーライトをすべて採掘する代わりに、サンプルを採取して、ダイヤモンドの結晶化に適した環境で形成されたかどうかを確認することができます。
その他の応用は主に科学的なものであり、マグマの圧力と温度のデータは、岩石圏とマントルの詳細なモデルを提案するために使用できます。 [3]これらのモデルは地質学と火山活動の理解を深め、科学者が噴火や地震などの出来事を予測する能力に貢献する可能性があります。
参考文献
- ^ ab Putirka, Keith; Johnson, Marie; Kinzler, Rosamond; Longhi, John; Walker, David (1996). 「0-30 kbar での単斜輝石-液体平衡に基づく苦鉄質火成岩の温度圧力測定」.鉱物学および岩石学への貢献. 123 : 92– 108.
- ^ abcdefghijklm Misra, Kula C. (2012).地球化学の原理と応用入門. インド、ポンディシェリ: Wiley-Blackwell. pp. 107– 128. ISBN 9781444347197。
- ^ abc Grütter, Herman S. (2009). 「輝石ゼノシスト地熱：技術と応用」Lithos . 112 : 1167–1178 . doi :10.1016/j.lithos.2009.03.023.