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下部マントルの構成物として関係の深いCaSiO3-FeSiO3系ペロブスカイトの高温高圧
下における相関係と構造変化について，レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル
（LHDAC）による高温高圧実験，放射光によるX線その場観察実験，そして分析透過電
子顕微鏡（ATEM）によって研究した．
今回の研究は，特にCaSiO3ペロブスカイトへのFe成分の固溶とそれに伴う構造変化を
調べる事を目的とした．出発物質として主にCaSiO3-FeSiO3系のゲルを用いた．LHDAC
実験では，20〜137GPaに加圧し，YLFまたはYAGレーザーを照射して2000Kで加熱し
た．生成物については、高エネルギー研のBL-18CとBL-13A，そしてスプリング8の
BL-10XUでの放射光によるX線回折実験を行なった．
放射光による高温高圧X線その場観察実験では、端成分CaSiO3を出発物質とした場
合は本実験条件においてCaSiO3ペロブスカイトのみが生成していた．また端成分
FeSiO3を出発物質とした場合は97GPaまで新たな相は生成せず，SiO2とFeOの 2相が生
成していた．そして中間組成Ca0.5Fe0.5SiO3を出発物質とした場合は圧力30〜137GPa
の範囲で， (Ca,Fe)SiO3ペロブスカイト，FeO，SiO2の3相共存していた．
CaSiO3ペロブスカイトへのFe成分の固溶限界を調べるため， 40と60GPaにおいて出
発組成を変え，放射光によるX線回折実験で生成相の変化を調べた．出発組成
CaXFe1-XSiO3において，両圧力ともにX≦0.85の時に，CaSiO3ペロブスカイトに加え
てSiO2とFeOの相が生成していた．しかしX≧0.90になると，CaSiO3ペロブスカイトの
みであった．この事から40〜60GPaにおいてCaSiO3ペロブスカイトへのFe成分の固溶
限界は10〜15mol%である事が分かった．また40GPaの試料を回収後，ATEMで組成分析
を行った所，Fe成分の固溶量は約11mol%となっており，X線回折実験の結果と一致し
ていた．さらに(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトとスティショバイトのX線回折ピークの強
度比を調べた所，圧力が高くなるにつれ，僅かながらスティショバイトのピークが弱
くなっていることが分かった．この事から圧力が高くなるほど，僅かながらではある
がFe成分の固溶は増加すると考えられる．
また(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトは〜60GPa，2000Kの高温高圧下で立方晶系であっ
た．しかし137GPa，2000Kになると，(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトを正方晶系として格
子定数を精密化すると，立方晶系として格子定数を精密化するよりも誤差が小さく
なった．また低い圧力におけるペロブスカイトの（200）と（110）の半値幅と比較し
て，137GPa，2000Kにおける(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトの（200）ピークの半値幅が
（110）のピークと比べて異常に広がっており，ピークがスプリットしていると考え
られる．これらの事から，137GPa，2000Kでは正方晶系へと構造変化が起こっている
と考えられる．
(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトの常温下での圧力と体積の関係を調べた所，端成分
CaSiO3ペロブスカイトの圧力と体積の圧縮曲線上にほぼのっていた．この事から，
100GPaを超える圧力まで，Fe成分の固溶は(Ca,Fe)SiO3ペロブスカイトの常温での圧
縮率にほとんど影響を与えないと思われる．
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