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ケイ酸塩メルトの下部マントル条件下その場密度測定

Research Project

Project/Area Number 12J08976
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Solid earth and planetary physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

若林 大佑  東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsSiO2ガラス / 塑性変形 / ケイ酸塩メルト / 粘性 / 相転移 / 状態方程式 / 静的圧縮 / 衝撃圧縮 / ガス充填装置 / ケイ酸塩ガラス
Outline of Annual Research Achievements

昨年度、室温で一軸圧縮状態にあるSiO2ガラスが極めて大きく塑性変形することを発見した。当初の計画にはなかった内容であるが、追加的な実験や考察を進めた結果、SiO2ガラスは、一般には脆性物質として分類されているが、圧力の上昇とともに共有結合性が低下し、ネットワーク構造の繋ぎ換えを介した塑性変形が起こりやすくなることで流動性を増すことが明らかになった。この結果について、論文としてまとめて発表した。また、このSiO2ガラスの一軸圧縮実験の結果は、ケイ酸塩メルトにおいても、圧力の増加とともにネットワーク構造の繋ぎ換えを介した粘性流動が起きやすくなって粘性が低下する可能性を示唆している。実際に、SiO2成分に富むケイ酸塩メルトでは圧力の増加に伴う粘性の低下が報告されている。昨年度までに発表した状態方程式に関する考察と合わせると、ケイ酸塩メルトの密度と粘性という二つの重要な物性の圧力変化が、ネットワーク構造の変化という単純なモデルによって統一的に理解できることになる。
過去の研究と合わせると、ケイ酸塩メルトは、上部マントル浅部と下部マントル浅部の圧力条件において、それぞれ、ネットワーク構造とSiの配位数の変化を起こして、密度および粘性を大きく変化させると考えられる。メルトと結晶の間の密度差は駆動力として、メルトの粘性は抵抗力として、マグマ(ケイ酸塩メルト)のダイナミクスに対して直接的な関わりを持っている。地球内部のマグマのダイナミクスやマグマオーシャンの進化過程を考察する上では、これら2回の構造変化(相転移)の影響を考慮する必要がある。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Enhanced plasticity of silica glass at high pressure2015

    • Author(s)
      D. Wakabayashi, N. Funamori, and T. Sato
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 91 Issue: 1 Pages: 014106-014106

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.014106

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Solving the problem of inconsistency in the reported equations of state for h-BN2015

    • Author(s)
      D. Wakabayashi and N. Funamori
    • Journal Title

      High Pressure Research

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Muonium in stishovite: Implications for the possible existence of neutral atomic hydrogen in the Earth's deep mantle2015

    • Author(s)
      N. Funamori, K. M. Kojima, D. Wakabayashi, T. Sato, T. Taniguchi, N. Nishiyama, T. Irifune, D. Tomono, T. Matsuzaki, M. Miyazaki, M. Hiraishi, A. Koda, and R. Kadono
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 8437-8437

    • DOI

      10.1038/srep08437

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Equation of state for silicate melts : A comparison between static and shock compression2014

    • Author(s)
      D. Wakabayashi, N. Funamori, T. Sato, T. Sekine
    • Journal Title

      Geophys. Res. Lett.

      Volume: 41 Issue: 1 Pages: 50-54

    • DOI

      10.1002/2013gl058328

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Equation of state of silicate melts with densified intermediate-range order at the pressure condition of the Earth's deep upper mantle2013

    • Author(s)
      D. Wakabayashi
    • Journal Title

      Phys. Chem. Minerals

      Volume: 40 Issue: 4 Pages: 299-307

    • DOI

      10.1007/s00269-013-0571-y

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Report on the High-Pressure Mineral Physics Seminar-82012

    • Author(s)
      若林大佑
    • Journal Title

      The Review of High Pressure Science and Technology

      Volume: 22 Issue: 4 Pages: 313-314

    • DOI

      10.4131/jshpreview.22.313

    • NAID

      10031145045

    • ISSN
      0917-639X, 1348-1940
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ケイ酸塩メルトの中距離構造と密度・粘性の相転移的な圧力変化2014

    • Author(s)
      若林大佑,船守展正,佐藤友子
    • Organizer
      第55回高圧討論会
    • Place of Presentation
      徳島大学常三島キャンパス(徳島県)
    • Year and Date
      2014-11-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 室温におけるSiO2ガラスの巨大塑性変形2014

    • Author(s)
      若林大佑,船守展正,佐藤友子
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2014年大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県)
    • Year and Date
      2014-05-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 塑性変形したSiO2ガラス中の残留偏差歪み2014

    • Author(s)
      若林大佑, 船守展正, 佐藤友子
    • Organizer
      第31回PFシンポジウム
    • Place of Presentation
      エポカルつくば, つくば, 茨城
    • Year and Date
      2014-03-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 一軸圧縮下におけるSiO2ガラスの塑性変形2013

    • Author(s)
      若林大佑, 船守展正, 佐藤友子
    • Organizer
      第54回高圧討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ, 新潟, 新潟
    • Year and Date
      2013-11-16
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔性シリカの圧縮挙動2013

    • Author(s)
      宮崎慶統, 佐藤友子, 畑隆大, 若林大佑, 船守展正
    • Organizer
      第54回高圧討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ, 新潟, 新潟
    • Year and Date
      2013-11-16
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 上部マントル深部条件におけるケイ酸塩メルトの密度 : 静的圧縮データと動的圧縮データの系統的食い違い2013

    • Author(s)
      若林大佑, 船守展正
    • Organizer
      第54回高圧討論会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ, 新潟, 新潟
    • Year and Date
      2013-11-15
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 上部マントル深部の圧力条件下における高密度化ケイ酸塩メルトの状態方程式2012

    • Author(s)
      若林大佑
    • Organizer
      第53回高圧討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学会館, 大阪
    • Year and Date
      2012-11-09
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉱物中のミュオンスピン回転2012

    • Author(s)
      若林大佑
    • Organizer
      第53回高圧討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学会館, 大阪
    • Year and Date
      2012-11-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Equation of state of silicate melts with densified intermediate-range structures at the pressure condition of the Earth's deep upper mantle2012

    • Author(s)
      D. Wakabayashi
    • Organizer
      High-Pressure Mineral Physics Seminar-8
    • Place of Presentation
      Granlibakken conference center and lodge, USA, Lake Tahoe.
    • Year and Date
      2012-07-10
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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