Structure of basaltic glass at pressures up to 18 GPa

18GPaまでの圧力におけるバサルトガラスの構造

大橋 智典*; 坂巻 竜也*; 舟越 賢一*; 服部 高典   ; 久野 直樹*; 阿部 淳*; 鈴木 昭夫*

Ohashi, Tomonori*; Sakamaki, Tatsuya*; Funakoshi, Kenichi*; Hattori, Takanori; Hisano, Naoki*; Abe, Jun*; Suzuki, Akio*

マグマの物性を知るために、室温で加圧されたバサルトガラスの構造をX線および中性子回折により約18GPaまで調べた。加圧によりバサルトガラスは圧縮挙動を変化させた。つまり約2-4GPaにおいて、平均酸素間距離(r)を保ったまま、酸素の平均配位数(CN)は上昇しはじめる。さらに加圧すると9GPaでCNの上昇はとまり、Al周りの酸素配位数(CN)を上昇させながら、rが縮み始める。9GPaでの変化は ガラスの圧縮機構が、四面体ネットワークの変形から、CNの増大を伴った酸素充填率の上昇に変わることで解釈できる。高圧下の酸素の充填率()を解析すると、その値がデンスランダムパッキングの限界値を超えることが分かった。このことは、石英やケイ酸塩ガラスの構造相転移が酸素充填限界説では説明できないことを示している。2-4GPaに見られたCNの上昇は四配位ケイ酸塩ガラスのソフト化と対応しており、過去にLiu and Lin (2014)によって報告された約2GPaでのバサルトガラスの弾性異常の起源であるかもしれない。

The basaltic glass structure were investigated to 18 GPa using in situ X-ray and neutron diffraction. The O-O coordination number (CN) starts to rise with maintaining the mean O-O distance (r) above 2-4 GPa, and then CN stops increasing and r begins to shrink along with the increase in the Al-O coordination number (CN) above 9 GPa. This is interpreted by the change in the contraction mechanism from tetrahedral network bending to oxygen packing ratio increase via the CN increase. The oxygen packing fraction exceeds the value for dense random packing, suggesting that the oxygen-packing hypothesis cannot account for the pressure-induced structural transformations of silica and silicate glasses. The CN increase at 2-4 GPa reflects the elastic softening of silicate glass, which may causes anomalous elastic moduli of basaltic glass at 2 GPa.