パイロライト
地球マントルのモデル構成

パイロライト（黄鉄鉱）は、地球マントルのモデル組成を特徴付ける用語である。このモデルは、パイロライト源が部分溶融によって中央海嶺 玄武岩（MORB）を生成できるという考え方に基づいている。 [1] [2]当初はテッド・リングウッド（1962年）[3]によって、玄武岩1部とハルツバージャイト4部からなると提唱されたが、後にソレアイト質玄武岩1部とダナイト3部からなると修正された。[1] [4]この用語は、鉱物名PYR-oxeneとOL-ivineに由来する。[5]しかし、パイロライトが地球マントルを完全に代表しているかどうかは依然として議論の余地がある。[6]

化学組成と相転移

鉱物の体積分率と深度の変化の関数としての熱水マントルの鉱物学。[7]

パイロライトの主要元素組成は、SiO2が約44.71モルパーセント（mol%） 、 Al2O3が3.98 % 、FeOが8.18%、CaOが3.17%、MgOが38.73%、Na2Oが0.13%である。 [ 8 ]

1)上部マントルは主にカンラン石（約60体積パーセント（vol%））、単斜輝石、斜方輝石、ザクロ石で構成されています。[9]輝石は徐々にザクロ石に溶解し、マジョリティックザクロ石を形成します。[10]

2) 熱分解マントル遷移層は、主に60 vol%のオリビン多形（ウォズリアイト、リングウッダイト）と約40 vol%のマジョライトガーネットで構成されています。マントル遷移層の上部境界と下部境界は、それぞれオリビン-ウォズリアイト転移とリングウッダイト-ペロブスカイト転移によって特徴づけられます。

3) 熱分解下部マントルは、主にマグネシウムペロブスカイト（約80 vol%）、フェロパークレース（約13 vol%）、カルシウムペロブスカイト（約7%）で構成されています。さらに、下部マントルの底部には ポストペロブスカイトが存在する場合があります。

地震速度と密度特性

図2 1600 K断熱地熱に沿ったパイロライトのVpおよびVsプロファイル[2]
図3 1600K断熱地熱に沿ったパイロライトの密度プロファイル[2]

1600 Kの断熱地熱に沿ったパイロライトのP波速度とS波速度（VpとVs）を図2に示します。[2]また、その密度プロファイルを図3に示します。[2]

上部マントルとマントル遷移層の境界（約410 km）では、パイロライトモデルではVp、Vs、密度がそれぞれ約6％、約6％、約4％上昇し[2] 、これは主にオリビン-ワズリアイト相転移に起因する。[11]

マントル遷移層と下部マントルの境界では、パイロライトモデルにおいて、Vp、Vs、密度はそれぞれ約3%、約6%、約6%上昇します。[2]より多くの弾性パラメータが利用可能になれば、パイロライトのVp、Vs、密度プロファイルは更新されるでしょう。

欠点

パイロライトが周囲のマントルを代表しているかどうかは依然として議論の余地がある。

地球化学的観点から見ると、パイロライト仮説は主要元素といくつかの恣意的な仮定（例えば、玄武岩の量や起源における融解など）に基づいているため、中央海嶺玄武岩の微量元素や同位体データと一致しない。[1]また、マントルの不均質性にも反する可能性がある。[12]

地球物理学的観点からは、パイロライトの地震速度は地球内部で観測された全球地震モデル（ PREMなど）とあまり一致しないことを示唆する研究もあるが[6]、パイロライトモデルを支持する研究もある[13] 。

その他のマントルロックモデル

図4. 深度250～500kmにおけるMORB変成エクロジャイトの鉱物組成[14]

地球のマントルには他の岩石モデルも存在します。

（１）ピクロジャイト：オリビンに富むパイロライトとは対照的に、ピクロジャイトはオリビンの少ないモデル（オリビン約20％）であり、遷移帯の地震速度観測とよりよく一致すると提案されている。[15] [16]ピクロジャイトの相組成は、20％オリビン＋80％エクロジャイトと類似している。[17]

(2)エクロジャイトは、深度約60kmで中央海嶺玄武岩から変成した岩石で、[要出典]地球のマントル、主に沈み込んだスラブ内に存在し、深度約500kmまでは主にザクロ石と単斜輝石（主にオンファス輝石）で構成されています（図4）。

（3）ハルツバージャイトは、主に海洋リソスフェアの中央海嶺玄武岩層の下に存在し、沈み込んだ海洋リソスフェアとともに深部マントルへ沈み込む。相組成はパイロライトに類似するが、カンラン石の割合が高く（約70vol%）、パイロライトよりも高い。[18]

全体的に見ると、パイロライトとピクロジャイトはどちらも周囲のマントルの岩石モデルであり、エクロジャイトとハルツバージャイトは沈み込んだ 海洋リソスフェアの岩石モデルです。海洋リソスフェアはパイロライトの部分溶融から形成され、主に上から下まで玄武岩層、ハルツバージャイト層、そして枯渇したパイロライトで構成されています。[19]沈み込んだ海洋リソスフェアは、周囲のマントル（パイロライト）とは異なる組成（エクロジャイトとハルツバージャイト）を持つため、地球マントルの不均質性に寄与しています。[2] [14]

参照

参考文献

  1. ^ abc アンダーソン, ドン・L. (1989-01-01). 『地球の理論』 ボストン, マサチューセッツ州: ブラックウェル・サイエンティフィック・パブリケーションズ. ISBN 978-0-86542-335-0。
  2. ^ abcdefgh Xu, Wenbo; Lithgow-Bertelloni, Carolina ; Stixrude, Lars; Ritsema, Jeroen (2008年10月). 「マントル地震構造におけるバルク組成と温度の影響」.地球惑星科学レター. 275 ( 1–2 ): 70– 79. Bibcode :2008E&PSL.275...70X. doi :10.1016/j.epsl.2008.08.012. ISSN  0012-821X.
  3. ^ Ringwood, AE (1962年2月). 「上部マントルのモデル」. J​​ournal of Geophysical Research . 67 (2): 857– 867. Bibcode :1962JGR....67..857R. doi :10.1029/jz067i002p00857. ISSN  0148-0227.
  4. ^ リングウッド, AE; メジャー, アラン (1966年9月). 「輝石における高圧変化」.地球惑星科学レターズ. 1 (5): 351– 357. Bibcode :1966E&PSL...1..351R. doi :10.1016/0012-821x(66)90023-9. ISSN  0012-821X.
  5. ^ DH Green. パイロライト. 岩石学. 地球科学百科事典. Springer, 1989
  6. ^ ab 桂 智雄; シャツキー アントン; マンティレイク MA ギース M.; ザイ シュアンメン; 山崎 大輔; 松崎 拓也; 吉野 隆; 米田 明; 伊藤 英治; 杉田 光弘; 富岡 直孝 (2009-06-12). 「大容量高圧装置を用いたその場X線回折法によるワズリアイトのPV-Trelationsの決定」.地球物理学研究論文集. 36 (11). Bibcode :2009GeoRL..3611307K. doi : 10.1029/2009gl038107 . ISSN  0094-8276.
  7. ^ Frost, DJ (2008-06-01). 「上部マントルと遷移層」. Elements . 4 (3): 171– 176. doi :10.2113/GSELEMENTS.4.3.171. ISSN  1811-5209.
  8. ^ Workman, Rhea K.; Hart, Stanley R. (2005年2月). 「枯渇したMORBマントル（DMM）の主要元素および微量元素組成」. Earth and Planetary Science Letters . 231 ( 1–2 ): 53– 72. Bibcode :2005E&PSL.231...53W. doi :10.1016/j.epsl.2004.12.005. ISSN  0012-821X.
  9. ^ フロスト, ダニエル・J. (2008-06-01). 「上部マントルと遷移層」 .元素. 4 (3): 171– 176.書誌コード:2008Eleme...4..171F. doi :10.2113/GSELEMENTS.4.3.171. ISSN  1811-5209. S2CID  129527426.
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  12. ^ ドン・L・アンダーソン『地球の新理論』ケンブリッジ大学出版局、第2版、2007年、193ページISBN 978-0-521-84959-3
  13. ^ 入船 剛志; 肥後 雄志; 井上 剛志; 河野 雄志; 大藤 秀; 船越 功 (2008). 「メジャーライトガーネットの音速とマントル遷移層の構成」. Nature . 451 (7180): 814– 817. Bibcode :2008Natur.451..814I. doi :10.1038/nature06551. ISSN  0028-0836. PMID  18273016. S2CID  205212051.
  14. ^ ab Hao, Ming; Zhang, Jin S.; Pierotti, Caroline E.; Zhou, Wen-Yi; Zhang, Dongzhou; Dera, Przemyslaw (2020年8月). 「地球深部上部マントルにおける地震学的に最も速い化学的不均一性 ― 翡翠の単結晶熱弾性特性からの示唆」. Earth and Planetary Science Letters . 543 116345. Bibcode :2020E&PSL.54316345H. doi : 10.1016/j.epsl.2020.116345 . ISSN  0012-821X.
  15. ^ Bass, Jay D.; Anderson, Don L. (1984年3月). 「上部マントルの組成：2つの岩石学的モデルの地球物理学的検証」. Geophysical Research Letters . 11 (3): 229– 232. Bibcode :1984GeoRL..11..229B. doi :10.1029/gl011i003p00229. ISSN  0094-8276.
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  19. ^ Ringwood, AE; Irifune, T. (1988年1月). 「650km地震不連続面の性質：マントルダイナミクスと分化への示唆」 . Nature . 331 (6152): 131– 136. Bibcode :1988Natur.331..131R. doi :10.1038/331131a0. ISSN  1476-4687. S2CID  4323081.
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