スーパーにおける Mg3Al2Si3O12 ジェフベナイト包有物

Scientific Reports volume 13、記事番号: 83 (2023) この記事を引用

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この記事に対する著者の訂正は、2023 年 2 月 17 日に公開されました。

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ジェフベナイト (パイロープと同じ化学組成、~Mg3Al2Si3O12 を持ち、TAPP 相としても知られる) は、深さ約 300 km から 1000 km の間で形成されるダイヤモンドにのみ見られる鉱物インクルージョンであり、遷移領域 (410 ～ 410 km) の安定相と考えられています。深さ660 km）および/または下部マントルの最も浅い領域（深さ約660〜700 km）。 この希少かつ謎に満ちた鉱物は、超深層ダイヤモンドの圧力マーカーであると考えられており、したがって超深層ダイヤモンド研究において重要な役割を果たしています。 しかし、Mg3Al2Si3O12 ジェフベナイトの圧力と温度の安定性領域は不明であり、その実際の形成条件は未調査のままです。 ここで我々は、ジェフベナイト Mg 端部材の熱力学的圧力温度安定性領域を決定し、驚くべきことに、それが低圧力温度条件、つまり 800 および 500 °C で 2 ～ 4 GPa で安定であることを発見しました。 したがって、Mg3Al2Si3O12 ジェフベナイトはパイロープの高圧多形ではなく、おそらく超深部のダイヤモンドが地表に上昇する後期段階で形成される逆行相であると考えられます。

ジェフベナイト (理想的な化学式 Mg3Al2Si3O12) は、これまで超深層ダイヤモンドの鉱物インクルージョンとしてのみ発見されていた希少鉱物です1。 1997 年に発見され 2,3 、それ以来、その化学量論がパイロープ アルマンディン ガーネット シリーズの化学量論と一致するため、「正方晶系アルマンディン パイロープ相」の頭字語である TAPP と呼ばれるようになりました。 ただし、ジェフベナイトの結晶構造はガーネットの結晶構造とは異なるため、実際にはガーネットとジェフベナイトは多形体です。 2016 年、TAPP には最終的に IMA によって承認された鉱物名が与えられました。それは、ダイヤモンド研究分野の著名な専門家、ジェフリー・W・ハリスとベン・ハートの 2 人に敬意を表して「ジェフベナイト」です (IMA 2014–097)1。 26 年前の最初の発見以来、23 個の天然ジェフベナイトのみが文献に報告されており、そのうち 7 個は化学分析によってのみ特定されました。 文献で報告されているさらに 2 つのジェフベナイトは合成です。 したがって、X 線回折および/または顕微ラマン分光法によって特定された超深層ダイヤモンド内の天然ジェフベナイト インクルージョンは 16 個のみです (これまでに文献で報告されているすべてのジェフベナイトをまとめた表 1 を参照)。 希少性にもかかわらず、ダイヤモンド内のジェフベナイト インクルージョンは、ダイヤモンド ホストの超深部起源の指標であると考えられているため、重要な鉱物です。 その超深部起源は確かに文献でよく受け入れられており、ジェフベナイトはダイヤモンド研究コミュニティによって一般に遷移帯または下部マントル鉱物と考えられています1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12。 、13、14、15、16、17、18、19、20。

しかし、Ti が非常に豊富な合成ジェフベナイト 11 を除いて、現時点ではジェフベナイトの圧力と温度の安定性分野は公表されておらず、この鉱物は地質学的謎のままです: (1) ジェフベナイトは実際にマントルのどの深さで形成されるのでしょうか? (2) ジェフベナイトの Mg 末端メンバーは、パイロープ ガーネットの高圧または低圧多形ですか?

これらの質問に答えるために、ここでは純粋なジェフベナイト、Mg3Al2Si3O12 の圧力温度安定性領域を制約します。 ジェフベナイトの熱力学データは文献で入手できないため、準調和近似の制限内および次の枠組みで、ハイブリッド ハートリー – フォック/密度汎関数理論 (HF/DFT) レベルで第一原理からデータを計算します。統計熱力学。 これにより、ジェフベナイトの純粋な Mg 端成分の実際の性質を理解することができます。

実際、現在の研究は、超深層ダイヤモンドの特徴であると考えられる鉱物の圧力と温度の安定性領域を制限する必要性によって推進されただけでなく、すでに 19972 年に最初の天然ジェフベナイト (当時は示されていた) の研究が行われていたためでもありました。 TAPP として) は、ガーネットに関して体積と密度の点で不一致があることを明らかにしました。 詳細には、19972 年に発見された天然ジェフベナイト (著者らが結晶構造を精密化したサンプル 244B) は、[Mg2.64Fetot0.27(Ca + Na + Mn)0.08][Al1.85 Cr0.15] に等しいおおよその組成を持っていました。 ］［Ｓｉ２．９１Ａｌ０．０９］Ｏ１２およびＭｇ＃［Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｆｅ）］＝０．９１； その単位セル体積は V = 774.35(±0.77) Å3 でした。 このような単位胞体積は、11.657(±0.012) J/bar に等しいモル体積に変換できます。 このモル体積を、パイロープ-アルマンジン系 [Mg2.70Fe0.30]Al2Si3O12 および Mg# = 0.91 に沿った同様の組成を持つガーネットのモル体積と比較すると (たとえば、参考文献 21 の表 3 を参照)、モル体積がガーネットの は 11.332(± 0.001) J/bar に等しく、ジェフベナイトのそれよりも大幅に小さいです。