ブリッジマナイト中の含水量の温度圧力依存性とその物性に与える影響

• Project/Area Number: 16J02169
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Economic geology
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 柿澤 翔 愛媛大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 地球深部 / マントル / 水 / 高温高圧実験 / 下部マントル / ブリッジマナイト / 最大含水量 / 圧力依存性 / 化学組成依存性 / 放射光X線その場観察実験 / ダイヤモンドアンビルセル

Outline of Annual Research Achievements

地球は、水の惑星と称されるほど水に富んだ惑星であり、その水は地球深部にも存在していることが明らかにされている。特にマントル遷移層に存在するリングウッダイトには多量の水が固溶することが可能であるが、下部マントルに存在しているブリッジマナイトにどのくらい含まれ、その水がどのくらい影響を与えるかは不明であった。本研究では、マルチアンビル型高圧発生装置を用いて高温高圧合成実験を行い、様々な組成のブリッジマナイトを合成し、含水化に起因する置換様式および含水量の圧力依存性を明らかにした。また、合成したブリッジマナイトを大型放射光施設であるSPring-8に持ち込みその場観察実験を行うことで状態方程式の決定を行った。決定した状態方程式を地震学的観測と組み合わせることで下部マントルの含水量に制約を与えることに成功した。
また、マントル遷移層領域で重要であると考えられている含水鉱物スーパーハイドラスB相についても研究を行い、Alの効果で安定領域が格段に広がり、下部マントルに水を運搬する可能性を示唆した。また、スーパーハイドラスB相に対して単結晶構造解析を行い置換様式の推定を行った。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ストニーブルク大学(米国)
• [Journal Article] Thermal equation of state of MgSiO4H2 phase H determined by in situ X-ray diffraction and a multianvil apparatus (2018)
  • Author(s): Nishi, M., Tsuchiya, J., Arimoto, T., Kakizawa, S., Kunimoto, T., Tange, Y., Higo, Y. and Irifune, T.
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 45(10) Issue: 10 Pages: 995-1001
  • DOI: 10.1007/s00269-018-0980-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stability of Al-bearing superhydrous phase B at the mantle transition zone and the uppermost lower mantle (2018)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nakano, H., Kuroda, M., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: 103 Issue: 8 Pages: 1221-1227
  • DOI: 10.2138/am-2018-6499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anvil design for slip-free high pressure deformation experiments in a rotational diamond anvil cell (2018)
  • Author(s): Shintaro Azuma, Ryuichi Nomura, Kentaro Uesugi, Yuki Nakashima, Yohei Kojima, Shunta Doi, Sho Kakizawa
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 38 Issue: 1 Pages: 23-31
  • DOI: 10.1080/08957959.2017.1396327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-pressure rotational deformation apparatus to 135 Gpa (2017)
  • Author(s): Ryuichi Nomura, Shintaro Azuma, Kentaro Uesugi, Yuki Nakashima, Tetsuo Irifune, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Yohei Kojima, and Hirokazu Kadobayashi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 88 Issue: 4 Pages: 044501-044501
  • DOI: 10.1063/1.4979562
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Effect of pressure and Fe on water solubility of Al-bearing hydrous bridgmanite (2019)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Abe, R., Kuroda, M., Sakamoto, N., and Yurimoto, H.
  • Organizer: 4th International HiPeR symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 含水ブリッジマナイトの最大含水量の圧力・化学組成依存性 (2019)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 阿部遼太郎, 黒田みなみ, 坂本直哉, 圦本尚義
  • Organizer: 第 6 回 愛媛大学先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）シンポジウム
• [Presentation] Incorporation of nitrogen into the lower-mantle minerals under high pressure (2018)
  • Author(s): Fukuyama, K., Kagi, H., Inoue, T., Shinmei, T., Kakizawa, S., Takahata, N., and Sano, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deformation experiments of mixture of bridgmanite and ferropericlase using rotational diamond anvil cell (2018)
  • Author(s): Azuma, S., Nomura, R., Uesugi, K., Nakajima, Y., Kojima, Doi, S., and Kakizawa, S.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal equations of state of MgSiO4H2 phase H up to 63 GPa (2018)
  • Author(s): Nishi, M., Tsuchiya, J., Arimoto, T., Kakizawa, S., Kunimoto, K., Tange, Y., Higo, Y., and Irifune, T.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of water on compressibility of Al-bearing hydrous bridgmanite (2018)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Kadobayashi, H., Nakano, S., and Hirai, H.
  • Organizer: International Mineralogical Association 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrous bridgmanite: Water in the Earth's lower mantle (2018)
  • Author(s): Inoue, T., Kakizawa, S., Kuribayashi, T., Nagase, T., Grテゥaux, S., Noda, M., Higo,Y., Sakamoto, N., and Yurimoto, H.
  • Organizer: International Mineralogical Association 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Al partitioning between phase D and bridgmanite up to 31 GPa: implocations for discontinuity around 780 km and water transports into the lower mantle (2018)
  • Author(s): Xu, C., Kakizawa, S., Inoue, T.
  • Organizer: International Mineralogical Association 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Al substitution mechanism in anhydrous bridgmanite as a function of Al content (2018)
  • Author(s): Noda, M., Kakizawa, S., and Inoue, T.
  • Organizer: International Mineralogical Association 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Incorporation of nitrogen into stishovite under high pressure and high temperature -The possibility of forming a "Hidden" nitrogen reservoir in the lower mantle via subducting slabs- (2018)
  • Author(s): Fukuyama, K., Kagi, H., Inoue, T., Shinmei, T., Kakizawa, S., Takahata, N., and Sano, Y.
  • Organizer: International Mineralogical Association 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Alに富むsuperhydrous phase Bの安定性及び置換様式 (2018)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 中野泰斗, 坂本直哉, 圦本尚義
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 低Al量での無水ブリッジマナイトのAl置換様式 (2018)
  • Author(s): 野田昌道, 井上徹, 柿澤翔
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Alに富む含水bridgmaniteの高圧中性子回折 (2018)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 栗林貴弘, 服部高典, 佐野亜沙美
  • Organizer: 日本鉱物科学会2018年年会
• [Presentation] 合成ローソン石の単純直方格子への圧力誘起相転移 (2018)
  • Author(s): 岡本啓太郎, 柿澤翔, 井上徹, 栗林貴弘, 長瀬敏郎
  • Organizer: 日本鉱物科学会2018年年会
• [Presentation] XAFSによるFe-Ni-インバー合金の元素選択的な圧縮曲線の比較 (2018)
  • Author(s): 岩崎駿, 甲佐美宇, 石松直樹, 河村直己, 水牧仁一郎, 野村龍一, 柿澤翔, 入舩徹男, 角谷均
  • Organizer: 第22回XAFS討論会
• [Presentation] 高圧下EXAFS測定によるFe-NiとFe-Ptインバー合金の磁気体積効果の比較 (2018)
  • Author(s): 甲佐美宇, 岩崎駿, 石松直樹, 河村直己, 水牧仁一郎, 野村龍一, 柿澤翔, 入舩徹男, 角谷均
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] X線吸収分光測定によるFe-Niインバー合金の元素選択的な圧縮曲線 (2018)
  • Author(s): 岩崎駿, 甲佐美宇, 石松直樹, 河村直己, 水牧仁一郎, 野村龍一, 柿澤翔, 入舩徹男, 角谷均
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Bridgmaniteの含水量におけるFeの影響 (2018)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 阿部遼太郎, 黒田みなみ, 坂本直哉, 圦本尚義
  • Organizer: 第59回高圧討論会
• [Presentation] 広島大学理学研究科地球惑星システム学専攻におけるマルチアンビル装置用実験準備室の立ち上げ (2018)
  • Author(s): 川添貴章, 柿澤翔, 井上徹
  • Organizer: 第59回高圧討論会
• [Presentation] 高圧下EXAFS測定でみるFe-NiとFe-Ptインバー合金の磁気体積効果 (2018)
  • Author(s): 甲佐美宇, 岩崎駿, 石松直樹, 河村直己, 水牧仁一郎, 野村龍一, 柿澤翔, 入舩徹男, 角谷均
  • Organizer: 第59回高圧討論会
• [Presentation] 放射光X 線を用いた閉鎖系におけるAl に富む含水ブリッジマナイトの状態方程式の決定 (2018)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 西真之, 有本岳史, 門林宏和, 丹下慶範, 肥後祐司, 中野智志, 平井寿子
  • Organizer: 放射光物質構造科学の新展開：高圧物理科学と地球惑星科学
  • Invited
• [Presentation] 単純直方格子を持つローソナイト高圧相の結晶構造解析 (2018)
  • Author(s): 岡本啓太郎, 柿澤翔, 井上徹, 栗林貴弘, 長瀬敏郎
  • Organizer: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] PhaseBの安定領域と置換様式に与えるAlの影響 (2017)
  • Author(s): 柿澤翔
  • Organizer: 第4回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 2017-03-01
• [Presentation] P-V-T equation of state of Al-bearing hydrous bridgmanite (2017)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Kadobayashi, H., Tange, Y., Higo, Y., Nakano, S., and Hirai, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Al on stability of DHMS up to uppermost lower mantle (2017)
  • Author(s): Xu, C., Inoue, T., and Kakizawa, S.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of pressure on temperature measurements using WRe thermocouple and its impact on geophysics (2017)
  • Author(s): Nishihara, Y., Doi, S., Kakizawa, S., Higo, Y., Tange, Y., and Irifune, Y.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sound velocity of Al-bearing hydous and anhydrous bridgmanites under high pressure (2017)
  • Author(s): Inoue, T., Greaux S., Noda, M., Kakizawa, S., Higo, Y., and Tange, Y.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Determination of stability region and substitution mechanism of Al-bearing superhydrous phase B (2017)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nakano, H., Sakamoto, N., and Yurimoto, H.
  • Organizer: Magmatism of the Earth and related strategic metal deposits
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Importance of various Al substitution mechanism into bridgmanite under high pressure (2017)
  • Author(s): Inoue, T., Kakizawa, S., Noda, M., and Takakuwa, Y.
  • Organizer: Magmatism of the Earth and related strategic metal deposits
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermoelastic properties of Al-bearing hydrous bridgmanite (2017)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Kadobayashi, H., Tange, T., Higo, Y., Nakano, S., and Hirai, H.
  • Organizer: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Importance of various type of Al substitutions into bridgmanites under high pressure (2017)
  • Author(s): Inoue, T., Kakizawa, S., and Noda, M.
  • Organizer: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of rotational diamond anvil cell for deformation experiments under high pressure conditions corresponding to the lowermost mantle (2017)
  • Author(s): Azuma, S., Nomura, R., Uesugi, K., Nakashima, Y., Kojima, Y., Doi, S., and Kakizawa, S.
  • Organizer: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between Al content and substitution mechanism of Al-bearing anhydrous bridgmanites (2017)
  • Author(s): Noda, M., Inoue, T., and Kakizawa, S.
  • Organizer: 2017 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Alに富むSuperhydrous phase Bの単結晶構造解析 (2017)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 栗林貴弘
  • Organizer: 日本鉱物科学会2017年年会
• [Presentation] Bridgmanite中への多様なAl置換様式の重要性 (2017)
  • Author(s): 井上徹, 柿澤翔, 野田昌道, 高桑悠二
  • Organizer: 日本鉱物科学会2017年年会
• [Presentation] WRe 熱電対への圧力効果とその地球深部科学への影響 (2017)
  • Author(s): 西原遊, 土井峻太, 柿澤翔, 肥後祐司, 丹下慶範, 入舩徹男
  • Organizer: 日本鉱物科学会2017年年会
• [Presentation] 高温高圧下における下部マントル鉱物への窒素の固溶 (2017)
  • Author(s): 福山鴻, 鍵裕之, 井上徹, 柿澤翔, 新名亨, 高畑直人, 佐野有司
  • Organizer: 日本鉱物科学会2017年年会
• [Presentation] 高温高圧実験からみたマントル鉱物への窒素取り込み (2017)
  • Author(s): 鍵裕之, 福山鴻, 井上徹, 柿澤翔, 新名亨, 高畑直人, 佐野有司
  • Organizer: 日本地球化学会第64回年会
• [Presentation] Alに富む含水ブリッジマナイトの熱弾性特性 (2017)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 西真之, 有本岳史, 門林宏和, 丹下慶範, 肥後祐司, 中野智志, 平井寿子
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] CAESAR法を用いた高温高圧下における結晶構造解析 (2017)
  • Author(s): 柿澤翔, 丹下慶範, Greaux Steeve, 肥後祐司
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] MgSiO3bridgmanite中へのAl2O3成分の固溶様式の多様性 (2017)
  • Author(s): 井上徹, 柿澤翔, 野田昌道, 高桑悠二
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] 無水bridgmanite の低Al 量での置換様式 (2017)
  • Author(s): 野田昌道, 井上徹, 柿澤翔
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] WRe熱電対起電力への圧力効果とその地球深部科学への影響 (2017)
  • Author(s): 西原遊, 土井峻太, 柿澤翔, 肥後祐司, 丹下慶範, 入舩徹男
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] 高圧下におけるAlに富むブリッジマナイトの弾性波速度測定 (2016)
  • Author(s): 井上徹, GREAUX Steeve, 野田昌道, 柿澤翔, 肥後裕司, 丹下慶範
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] Alに富むSuperhydrous phaseBの安定領域及び置換様式の決定 (2016)
  • Author(s): 柿澤翔, 井上徹, 中野泰斗
  • Organizer: 日本鉱物科学会2016年年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-23
• [Presentation] Alに富む無水及び含水ブリッジマナイトの弾性波速度測定 (2016)
  • Author(s): 井上徹, GREAUX Steeve, 野田昌道, 柿澤翔, 肥後裕司, 丹下慶範
  • Organizer: 日本鉱物科学会2016年年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-23
• [Presentation] Compression behavior of Al-bearing hydrous bridgmanite (2016)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Tange, Y., and Higo, Y.
  • Organizer: Advances in High-pressure Research - III: Towards Geodynamic Implications-2016
  • Place of Presentation: Novosibirsk, Russia
  • Year and Date: 2016-08-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Behavior of Al-bearing hydrous bridgmanite at high pressure (2016)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Tange, Y., and Higo, Y.
  • Organizer: Goldschmidt2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydeous bridgmanite: possible water reservoir in the lower mantle (2016)
  • Author(s): Inoue, T., Kakizawa, S,. Fujino, K., Kuribayashi, T., Nagase, T., Greaux, S,. Sakamoto, N., Yurimoto, H., Hattori, H., and Sano, A.
  • Organizer: Goldschmidt2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Water reservoir in Earth's lower mantle (2016)
  • Author(s): Chen, J., Pamato, M.G., Inoue, T., Kakizawa, S., Yang, B., Kin, Y., Katsura, T., Kawazoe, T., and Liu, B.
  • Organizer: Goldschmidt2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Compressibility of Al-bearing hydrous bridgmanite (2016)
  • Author(s): Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Tange, Y., and Higo, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrous bridgmanite: Water storage capacity in the lower mantle (2016)
  • Author(s): Inoue, T., Kakizawa, S,. Fujino, K., Kuribayashi, T., Nagase, T., Greaux, S,. Sakamoto, N., Yurimoto, H., Hattori, H., and Sano, A.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-situ X-ray diffraction studies of hydrogen phases up to ~60 GPa (2016)
  • Author(s): Nishi, M., Irifune, T., Tsuchiya, J., Arimoto, T., Kakizawa, S., and Tange, Y.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of pressure on water solubility in aluminous bridgmanite (2016)
  • Author(s): Chen, J., Pamato, M.G., Inoue, T., Kakizawa, S., Yang, B., Kin, Y., Katsura, T., Kawazoe, T., and Liu, B.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター
  • URL: http://www.grc.ehime-u.ac.jp/