高温高圧下でのマントル鉱物、水素の熱・電気伝導率測定：惑星内部の輸送特性の解明

• Project/Area Number: 11J00825
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2013); Osaka University (2011-2012)
• Principal Investigator: 太田 健二 東京工業大学, 大学院理工学研究科(理学系), 講師
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,500,000 (Direct Cost: ¥7,500,000); Fiscal Year 2013: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2012: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2011: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 高温高圧 / 金属水素流体 / ダイヤモンドアンビルセル / ガス惑星 / 熱伝導率 / ペロフスカイト / ポストペロフスカイト / 下部マントル / 電気伝導度 / 酸化第一鉄(FeO) / 絶縁体-金属転移

Research Abstract

本研究では以下の2点を目的としている。
1. 地球下部マントルを構成する物質の熱伝導率を高圧実験によって決定し、地球コアから流入してくる熱量を見積もる。
2. 木星などの巨大ガス惑星の主成分である水素の高温高圧下での状態を実験によって明らかにすることで、ガス惑星の内部構造に制約を与える。
本研究課題の最終年度である平成25年度は上記2の課題に取り組んだ。水素は宇宙に最も豊富に存在する元素であり、ほとんどが星間ガスや銀河間ガス、恒星あるいは木星型惑星の主要構成元素として知られている。水素は最も軽い元素であるがゆえ、高温高圧発生装置内に保持することが非常に困難な物質である。そのため、ガス惑星内部に相当するような数千ケルビン、数十万～数百万気圧下での水素の状態や物性値は殆ど分かっていない。本研究ではまず、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル高圧発生装置内に水素を安定して保持するための技術開発を行った。水素のダイヤモンド等への散逸を防ぐために、チタンをコーティングする手法を取り入れ、水素を100万気圧、2500ケルビンの高温高圧状態にすることに成功した。そのような温度圧力条件において、流体状態の水素が相転移を観察することに成功し、その相転移境界を決定することに成功した。研究代表者はこの成果を2013年11月に新潟県新潟市で開催された第54回高圧討論会において発表した。また、国際科学雑誌への投稿のため論文を執筆中である。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Thermal diffusivities of MgSiO_3 and Al-bearing MgSiO_3 perovskites (2014)
  • Author(s): Kenji Ohta, Takashi Yagi, Kei Hirose
  • Journal Title: Amehcan Mineralogist Volume: 99 Pages: 94-97
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The high conductivity of iron and thermal evolution of the Earth's core (2013)
  • Author(s): Hitoshi Gomi, Kenji, Ohta, et al.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 224 Pages: 88-103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lattice therlal conduct ivi ty of MgSiO_3 perovski te and post-perovski te at the core-mantle boundary (2012)
  • Author(s): K. Ohta
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 346-350 Pages: 109-115
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.06.043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental evidence of superionic condution in H_2O ice (2012)
  • Author(s): E. Sugimura (共著)
  • Journal Title: Journal of chemical physics Volume: 137 Issue: 19 Pages: 194505-194505
  • DOI: 10.1063/1.4766816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental and theoretical evidence for pressure-induced metallization in FeO with rocksalt-type structure (2012)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 108 Issue: 2 Pages: 26403-26403
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.026403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin crossover, structural change, and metallization in NiAs-type FeO at high pressure (2011)
  • Author(s): Haruka Ozawa(共著)
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 84 Issue: 13 Pages: 134417-134417
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.134417
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高温高圧下における金属水素流体の安定領域の決定 (2013)
  • Author(s): 太田健二
  • Organizer: 第54回高圧討論会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟県新潟市
  • Year and Date: 2013-11-16
• [Presentation] Experimental constraints on thermal conductivity of the core-mantle bo undary region (2013)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: Workshop of the IUCr Commission on High Presure Advances in Static and Dynamic High-Presstre Crystallography
  • Place of Presentation: Desy, Hamburg, Germany
  • Year and Date: 2013-09-09
  • Invited
• [Presentation] Experimental constraints on electrical and thermal conductivity of the core-mantle boundary region (2013)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: Interior of the Earth, Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Mount Holyoke College, Suth Hadley MA, USA
  • Year and Date: 2013-06-05
  • Invited
• [Presentation] Stability of (Mg_<1-x>Fe_x)O in the Earth's lower mantle (2012)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone conter (USA)
  • Year and Date: 2012-12-07
• [Presentation] Stability of iron-rich (Mg,Fe) O in the Earth's lower mantle (2012)
  • Author(s): 太田健二
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2012-11-09
• [Presentation] Stability of (Mg_<1-x>Fe_x)O in the Earth'S lower mantle (2012)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: The 6th Asian Conference on High Pressure Research
  • Place of Presentation: Chinese Acadeiy of Sciences(China)
  • Year and Date: 2012-08-09
• [Presentation] Pressure induced metallization in FeO with rocksalt-type structure (2012)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: Joint 2012 COMPRES ANNIJAL MEETING and High-Pressure Mineral PhySjcS Seminar
  • Place of Presentation: 〓libakkeo Conierence Center and Lodge (USA)
  • Year and Date: 2012-07-12
• [Presentation] Spin crossover, structural change, and metallization in FeO under high pressure (2012)
  • Author(s): Kenj i Ohta
  • Organizer: High Pressure, Research at Gordon research conference
  • Place of Presentation: University of New England (USA)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-06-28
• [Presentation] Lattice thermal conductivity of MgSiO_3 perovskite and post-perovskite at the core-mantle boundary (2012)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: Joint symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2(国際学会)
  • Place of Presentation: Branc Art Misasa, Misasa-cho, Tottori(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] The High Conductivity of Iron and Thermal Evolution of the Earth's Core (2011)
  • Author(s): Hitoshi Gomi(共著)
  • Organizer: American Geophysical Union, 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, CA, USA(口頭発表)
  • Year and Date: 2011-12-09
• [Presentation] Lattice thermal conductivity of MgSiO_3 perovskite and post-perovskite at the core-mantle boundary (2011)
  • Author(s): Kenji Ohta
  • Organizer: American Geophysical Union, 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, CA, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] Preliminary Core-Mantle Boundary Heat Flux Map (2011)
  • Author(s): John Hernlund(共著)
  • Organizer: American Geophysical Union, 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, CA, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] The onset of the geomagnetic field as predicted by core evolution models (2011)
  • Author(s): Stephane Labrosse(共著)
  • Organizer: American Geophysical Union, 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, CA, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] FeOの金属転移 (2011)
  • Author(s): 太田健二
  • Organizer: 日本高圧力学会第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 沖縄県那覇市沖縄キリスト教学院(口頭発表)
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Book] パリティ (2013)
  • Author(s): 太田健二
  • Publisher: 丸善出版株式会社
• [Remarks]
  • URL: http://kenjiohta-uhpr.sakura.ne.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://kenjiohta-uhpr.sakura.ne.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2012/120113