日本語要旨

地球の歴史を通じて，物質の輸送は流体（フルイド）を伴って起こってきた．Zr⁴⁺が流体によって輸送され得る状況を検討するため，水性流体がZrO₂結晶と化学平衡にあるとき，どのようなZr⁴⁺の溶解度を持つかを決定した．測定は，NaOHとSiO₂を含む場合と含まない場合について，550～950℃，60～1200 MPaにおいてその場測定法により行った．ZrO₂‐H₂O系とZrO₂‐SiO₂‐H₂O系の流体において，Zr⁴⁺の濃度は10 ppm以下から70 ppmまでの範囲をとり，温度と圧力が上昇するほど増加した．ZrO₂‐H₂O系にSiO₂を加えることは，この溶解度に有意な影響は与えない．これら二種類の系では，Zr⁴⁺はH₂O流体中で単純な酸化物錯体の形をとり，ZrO₂(固) = ZrO₂(流体中)の溶解反応による∆Hは約40 kJ/molである．水性流体に対するZr⁴⁺の溶解度は，1MのNaOHを加えることで約１桁増加するが，これはジルコン酸錯体が形成されることを反映している．その主要な溶解機構は，ZrO₂ + 4NaOH = Na₄ZrO₄ + 2H₂O であり，その∆Hは約200 kJ/molである．SiO₂とNaOHを同時にZrO₂‐H₂O系に加えると，Zr⁴⁺の溶解度は約５倍増加する．これは部分的にプロトン化したアルカリジルコンケイ酸塩錯体が流体中に形成されることによる．この主要な溶解機構は2ZrO ₂  + 2NaOH + 2SiO₂  = Na₂Zr₂Si₂O₉  + H₂Oと表され，その∆Hは約40 kJ/molである．既に公表されている実験データと併せると，これらの結果は，地球内部のある状況において，含水鉱物が高温/高圧力により脱水する間に放出された水が，かなりの濃度のZrと（おそらく他のhigh field strength (HFS) 元素も）運搬する可能性があることを示唆する．この推定は，高変成度のエクロジャイトやグラニュライト岩体中に，Zr⁴⁺に富む脈が産することと調和的である．さらに，海洋地殻の脱水により生じた水性流体も，その上盤側の部分溶融ソースマントルに高濃度のHFS元素を輸送し得る．これらの作用は，今日観察されるのと同様の沈み込みが開始して以降，地球の歴史を通じて働いていた可能性がある．