Determination of hydrogen sites of nominally anhydrous minerals of the mantle transition zone

マントル遷移層を構成する無水鉱物中の水素位置の決定

佐野 亜沙美   ; 栗林 貴弘*; 小松 一生*; 八木 健彦*; 大谷 栄治*

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

ワズレアイトは地球の深さ410-520kmに相当するマントル遷移層の主要構成鉱物である。その構造中に有意な水を含みうることが計算により指摘されて以来、マントル遷移層で主要な水のホストとして重要視されてきた。また水の存在下では、ワズレアイトの物性は大きく変わる。水が構造中に入ったことによる物性の変化を理解するためには、その水素位置の決定が欠かせないが、高圧下で合成される鉱物であること、またその水の量もごくわずかであることから分光学的な手法に頼って研究されてきた。本研究では単結晶X線回折実験の結果と中性子散乱実験の結果を組合せることによって、そのごくわずかな水素の位置を決定することを試みた。中性子回折パターンのリートベルト解析の結果、M3サイトの稜O1...O4の間にO-D結合があることを明らかにした。

Wadsleyite is a main constituent of upper part of the mantle transition zone, at 410 - 520 km depth of the earth. Since the Smyth's prediction, wadsleyite, which is one of the nominally anhydrous mineral (NAMs) have been attracted as a host of water in the mantle. Subsequent studies have also revealed that a small amount of hydrogen cause changes of some physical properties of wadsleyite dramatically. To understand the effect of hydration of wadsleyite on its physical properties, it is essential to know the position of hydrogen in the structure. In this study, we intend to determine the hydrogen position of wadsleyite by neutron powder diffraction experiment. Full Rietveld refinement with deuterium was successfully conducted, which revealed that an O-D bond is formed at the edge of the M3 octahedron between the O1...O4 (3.074 A).