ポストペロブスカイト

ポストペロブスカイト（pPv ）は、ケイ酸 マグネシウム（MgSiO ₃ ）の高圧相です。これは、地球の岩石マントルの主な酸化物成分（MgOとSiO _{2 ）で構成されており、その圧力と温度の安定性から、}地球のマントルの最下部数百kmの一部に発生する可能性が高いと考えられます。

ポストペロブスカイト相は、プレートテクトニクスの原因となるマントルの対流混合に影響を与えるD ''層に影響を与えます。^[1]

_{ポストペロブスカイトは合成固体化合物 CaIrO 3}と同じ結晶構造を持ち、文献では「MgSiO ₃のCaIrO ₃型相」と呼ばれることが多い。ポストペロブスカイトの結晶系は斜方晶系で、空間群はCmcmであり、構造はb軸に沿って SiO ₆八面体シートが積み重なっている。「ポストペロブスカイト」という名前は、地球のマントルの大部分にわたるMgSiO ₃の安定相であるケイ酸塩ペロブスカイトに由来しており、ペロブスカイト構造を持っている。接頭辞「ポスト」は、圧力が上昇するにつれてペロブスカイト構造の MgSiO ₃の後に発生するという事実を指している(歴史的には、高圧鉱物物理学の進歩)。地球の表面に最も近い上部マントルの圧力下では、MgSiO _{3 は}、地殻の火成岩や変成岩に含まれる輝石岩形成鉱物であるケイ酸塩鉱物エンスタタイトとして存在します。

MgSiO ₃相のCaIrO _{3型相は、2004年に}東京工業大学のグループによりレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル（LHDAC）技術を用いて発見されました。また、スイス連邦工科大学（ETHチューリッヒ）と海洋研究開発機構の研究者らは、量子力学シミュレーションとLHDAC実験を組み合わせて独自に発見しました。TITグループの論文は、Science誌に掲載されました。^{[2] ETH/JAM-EST共同論文とTITグループの2番目の論文は、2か月後に}Nature誌に掲載されました。^{[3] [4]この同時発見に先立って、S. OnoはFe} ₂ O ₃で全く同じ構造を持つ類似の相を実験的に発見していました。

ポストペロブスカイト相は、2500 Kで 120 GPa を超える温度で安定しており、正のクラペイロン勾配を示し、変態圧力は温度とともに増大します。これらの条件は深さ約 2600 km に相当し、D" 地震不連続面は同様の深さで発生するため、ペロブスカイトからポストペロブスカイトへの相変化が、この地域のこのような地震不連続面の原因であると考えられます。ポストペロブスカイトは、この変態に起因する地震不連続面が十分にマッピングされると、実験的に決定された変態の温度と圧力に関する情報を D" 層の温度変化に関する直接的な情報にマッピングする上でも大きな可能性を秘めています。このような情報は、たとえば、次の目的で使用できます。

1) 地球の中心核から放出される熱量をより適切に抑制する

2) 沈み込んだ海洋リソスフェアのスラブがマントルの底部に到達しているかどうかを判断する

3) 下部マントルの化学的不均一性の程度を明らかにするのに役立つ

4) 最下層のマントルが対流不安定性に対して不安定であるかどうかを調べ、その結果、岩石の熱い熱煙が湧き上がり、地球の表面に火山のホットスポットの跡が残る可能性があるかどうかを調べる。

これらの理由から、MgSiO ₃ポストペロブスカイト相転移の発見は、多くの地球物理学者によって、ここ数十年で地球深部科学における最も重要な発見であると考えられており、世界中の鉱物物理学者の共同努力によってのみ可能になりました。彼らは、LHDAC 実験の範囲と品質の向上を目指し、第一原理計算が予測力を獲得しました。

ポストペロブスカイトのシート構造により、b軸の圧縮率はa軸やc軸よりも高くなります。この異方性により、(010) 面に平行な板状の結晶構造が形成される可能性があります。D" 領域で観測される地震波異方性は、この特性によって定性的に (定量的には説明できませんが) 説明できる可能性があります。理論では、特に好ましい積層欠陥に関連する (110) 滑りが予測され、その後の実験で確認されました。一部の理論家は他の滑り系を予測しましたが、実験による確認を待っています。2005 年と 2006 年に、小野とオガノフは、ポストペロブスカイトは高い電気伝導率を持つはずであり、おそらくペロブスカイトの伝導率より 2 桁高いと予測する 2 つの論文を発表しました。2008 年に、広瀬のグループはこの予測を確認する実験レポートを発表しました。導電性の高いポストペロブスカイト層により、観測される 1 日の長さの 10 年単位の変動が説明できます。^{[引用が必要]}

ポストペロブスカイト相転移に関してさらに詳しく特徴づける必要があるもう 1 つの潜在的に重要な効果は、地球の最下部マントルにある程度存在することが知られている他の化学成分の影響です。相転移圧力 (このシステムでは 2 相ループによって特徴づけられます) は、当初は FeO 含有量が増加するにつれて低下すると考えられていましたが、最近のいくつかの実験ではその逆を示唆しています。^{[引用が必要]}ただし、ポストペロブスカイト中の鉄のほとんどが 3 価 (三価鉄) である可能性が高いため、Fe ₂ O ₃の影響の方がより重要である可能性があります。Al ₂ O ₃やより酸化された Fe ₂ O ₃などの成分も相転移圧力に影響し、互いに強い相互作用を持つ可能性があります。ポストペロブスカイト相転移に対する地球の最下部マントルに存在する可変化学の影響は、D" 層におけるその出現の可能性 (および関連する不連続性) の熱的および化学的変調の両方の問題を引き起こします。^{[引用が必要]}

ペロブスカイト/ポストペロブスカイト相転移に関する実験的および理論的研究は継続されていますが、この相転移の多くの重要な特徴は依然として十分に制約されていません。たとえば、温度上昇に伴う相転移の圧力増加を説明するクラペイロン勾配（クラウジウス–クラペイロン関係式で特徴付けられる）は、地球マントルの他の固体-固体相転移と比較して比較的高いことが知られていますが、実験的に決定された値は約5 MPa/Kから13 MPa/Kまでの範囲にわたります。第一原理計算では、7.5 MPa/K ^[5]から9.6 MPa/Kのより狭い範囲が得られ、おそらく現在入手可能な最も信頼性の高い推定値です。実験推定値間の差は、主にダイヤモンドアンビルセル実験で圧力標準として異なる材料が使用されたために生じます。圧力標準の十分に特徴付けられた状態方程式を、高エネルギーシンクロトロンで生成された圧力標準の X 線回折パターン (実験サンプル材料と混合) と組み合わせると、実験の圧力温度条件に関する情報が得られます。ただし、これらの極端な圧力と温度は実験で十分に調査されていないため、多くの一般的な圧力標準の状態方程式はまだ十分に特徴付けられておらず、異なる結果が生じることがよくあります。LHDAC 実験におけるもう 1 つの不確実性の原因は、サンプルの熱放射からの温度測定です。これは、圧力標準の状態方程式から圧力を取得するために必要です。このような高圧 (100 万気圧以上) でのレーザー加熱実験では、サンプルは必然的に小さく、温度の推定値を取得するには多数の近似値 (灰色体など) が必要です。^{[引用が必要]}

• フェロペリクレース

• ポストペロブスカイトの発見とその地質学的意味についての総合報告（フランス語）