ブックタイトル日本結晶学会誌Vol60No1

概要

日本結晶学会誌Vol60No1

隕石と地球深部におけるメージャライトガーネットの秩序－無秩序転移V IMg 2＋＋VI Si 4＋⇔2 VI Al 3＋というチェルマック置換により，パイロープ（Mg 3Al 2Si 3O 12）との間で固溶体を形成する．温度と圧力が高くなるほど，パイロープ中のメージャライト成分は多くなり，1,650℃では，17～18 GPaの圧力範囲で両者が完全固溶体を形成する．3）MgSiO 3-Mg 3Al 2Si 3O 12固溶体としてのメージャライトは，川井型マルチアンビル装置によって11～20 GPa，900℃の条件で，1960年代半ばに世界で初めて高圧合成された．4）詳しくは第5項で述べるが，パイロープ成分を20 mol％以上含むメージャライトの対称性は，一般的なガーネットと同じ立方晶（空間群Ia3d）である．一方，パイイロープ成分が20 mol％以下で合成されたメージャライトの粉末X線回折パターンは，正方晶（空間群I4 1/a）の対称性を示した（図2）．この正方歪は非常に小さく，MgSiO 3端成分ではc/a比で0.9926と，擬立方晶と見なせる非常にわずかなものである．5）MgSiO 3正方晶メージャライトの詳細な結晶構造は，単結晶X線構造解析により精密化され，同じ試料のTEM観察からは双晶組織が報告された．6）この観察に基づく群論的解析から，メージャライトの正方晶化の原因は，MgとSiイオンの秩序化に伴う6配位サイトの分裂であると解釈された．7）天然試料としてのメージャライトは，Coorara隕石中をはじめ，いくつかの隕石中で発見されている．これらのメージャライトは，パイロープ成分が11 mol％以下とAlに乏しく，第一近似的に（Mg，Fe）SiO 3［Fe/（Mg＋Fe）＝0.20－0.25］と表せる．粉末X線回折と電子線回折のパターンから，いずれの試料も立方晶と報告された．8）-10）Alに乏しいメージャライトが，合成試料と天然試料で異なる対称性をもつのはなぜだろうか？3．高圧合成メージャライトの微細組織筆者らは，上記のAlに乏しいメージャライトの対称性に関係する矛盾は，Feの含有量と形成（合成）温度の違いに起因すると考え，川井型マルチアンビル装置を用いて，MgSiO 3-FeSiO 3系のメージャライト固溶体の合成を試みた．そして，回収試料の微細組織と対称性をTEMにより詳しく調べることにした．11）高圧合成は，隕石中のメージャライトの化学組成をカバーするFe/（Mg＋Fe）＝0～0.25，1900～2300℃，20 GPaの温度圧力条件で行った．出発物質の（Mg，Fe）SiO 3輝石を，目的の温度圧力で数分間保持してメージャライトを結晶化させた後，ヒーターの電力を切ることで急冷し，その後圧力を解放して試料を回収した（試料急冷法）．われわれが合成したメージャライトは，いずれの合成温度，Fe/（Mg＋Fe）比においても，正方晶の対称性をもっていた（図3a）．2100℃以上で合成した試料には，直交する＜101＞方向の変調波からなる「ツイード構造」が卓越していた（図3a，図4）．また，1950℃以上で合成した試料には，｛101｝集片双晶，および｛110｝双晶が高頻度で観察された（図3b?d）．正方晶メージャライト（I4 1/a）の｛101｝双晶は，立方晶相（Ia3d）の対称性から｛101｝面上の映進面が失われることで説明される双晶である．a軸とc軸の長さの違いにより，双晶ドメインの角では格子に大きなミスフィットが生じる．この幾何学的(a)(b)VII I Mg200nm(c)400nm(d)V I Mgc400nm400nm図2I V SiV I Sia 1a2正方晶メージャライトの結晶構造．（Crystal structureof tetragonal majorite.）無秩序型（立方晶）のパイロープ・ガーネット（Mg 3Al 2Si 3O 12）の構造では，6配位サイトにAlイオンのみが存在するが，秩序型のメージャライト（MgSiO 3）では，2Al 3＋⇔Mg 2＋＋Si 4＋置換を通じて，Mgイオンに卓越した6配位サイトとSiイオンに卓越した6配位サイトの2種類に分かれ，正方晶に対称性が低下する．FeイオンはMgイオンと同じサイトを占有する．図3高圧合成した正方晶メージャライトの微細組織．（Microtextures in synthetic tetragonal majorite.）（a）ツイード構造の明視野TEM像と制限視野電子線回折像．直交する＜101＞方向の変調波（点線）からなる組織を示す．（b）｛101｝擬メロへドラル集片双晶の明視野像．（c）ニードル型の｛101｝擬メロへドラル双晶．ニードル先端（小矢印）の対面にある双晶界面が弾性変形して波打っている（大矢印）.（d）｛110｝メロへドラル双晶の暗視野像（g＝242）．矢印で示された部分が双晶界面.日本結晶学会誌第60巻第1号（2018）3