ワズレアイト中の水素位置

Hydrogen position in wadsleyite

佐野 亜沙美   ; 八木 健彦*; 小松 一生*; 大谷 栄治*

Sano, Asami; Yagi, Takehiko*; Komatsu, Kazuki*; Otani, Eiji*

中性子粉末回折実験は鉱物中の水素位置の決定に有効だが、これまで含水鉱物についての研究は盛んに行われているものの、ワズレアイトのような高圧で安定な無水鉱物中に取り込まれるごくわずかな水素について成功した例は皆無である。オリビンの高圧相であるワズレアイト((Mg,Fe)SiO)はマントルの深さ410kmから520kmの遷移層上部において、体積にして約6割を占める「無水」鉱物である。Smyth(1987)により最大で3.3wt%もの水が含まれうることが予言されて以来、ワズレアイトは地球深部での水のリザーバーとして特に注目され、さまざまな研究がなされてきた。しかしその水素位置については赤外吸収スペクトルやラマンスペクトルといった分光学的手法や、水素に対して感度の低いX線を用いた結晶学的な情報などから推定されてきたにすぎない。そこで本研究ではH化もしくはD化したワズレアイトについて、フランスの研究用原子炉ILL内D20において中性子回折実験を行い水素位置の決定を試みた。

Neutron diffraction experiments have been succeeded in determining of hydrogen position in many hydrous minerals. By contrast, little application to nominally anhydrous minerals has been done, despite its importance in the mantle. Wadsleyite, a high pressure polymorph of olivine, is a main constituent of shallower part of the mantle transition zone at the depth from 410 to 520 km. Ever since Smyth (1987) predicted that protonation of O1 site of wadsleyite results in significant amount of water content up to 3.3 wt%, hydration of wadsleyite and related change in physical properties has attracted much attention. However, several mechanisms of protonation have been proposed and the position of hydrogen in wadsleyite still remains controversial, because previous studies are based on X-ray diffraction and spectroscopic methods. To determin the hydrogen position precisely, we conducted neutron diffraction experiment on hydrated and deuterated wadsleyite at D20 in ILL, in France.