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高温高圧その場測定による下部マントル鉱物中のFeの状態の解明

Research Project

Project/Area Number 19K23457
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

柿澤 翔  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (10846819)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywordsダイヤモンドアンビルセル / 高温高圧 / X線吸収微細構造 / 放射線X線回折 / 鉄 / スピン転移
Outline of Research at the Start

結晶構造中に取り込まれたFeは、結晶構造中の位置・価数・スピン状態によってそれぞれ異なった影響を物性に与える。地球下部マントルにはブリッジマナイトとペリクレースという鉱物が存在しているが、特にブリッジマナイトの高温高圧下におけるFeの状態は未解明なため、定量的な物性への影響は明らかになっていない。本研究では、X線吸収微細構造とX線回折の複合測定による新たなFe状態決定法を提案し、マントル鉱物中の高温高圧下におけるFeの状態の解明を行い、どのような影響を及ぼすか定量的に議論することである。

Outline of Annual Research Achievements

地球内部においてFeの大半は金属鉄である中心核として存在しているが、マントル鉱物の結晶構造中にも取り込まれ存在している。結晶構造中に取り込まれたFeは、結晶構造中の位置(席)・価数・スピン状態によってそれぞれ異なった影響を物性に与える。地球下部マントルにはブリッジマナイトとペリクレースという鉱物が存在しているが、特にブリッジマナイトの高温高圧下におけるFeの状態は未解明なため、定量的な物性への影響は明らかになっていない。本研究の目的は、高温高圧下におけるブリッジマナイト中のFeの状態を決定し、物性にどのような影響を与え、下部マントルにはどのような影響を及ぼすか定量的に議論することである。本研究では、X線吸収微細構造とX線回折の複合測定による新たなFe状態決定法を提案し、マントル鉱物中の高温高圧下におけるFeの状態の解明を行う。その手始めに先行研究で高圧下のスピン転移圧力やFeの価数が明らかになっているフェロペリクレースやε-FeOOHに対して、X線吸収微細構造とX線回折の複合測定を行う。
2019年度は、実験に必要な高圧発生装置であるダイヤモンドアンビルセルなどの設計を業者と打ち合わせを行い、購入を行った。また、実験を実施するにあたり、SPring-8に課題申請を行い、採択された。2020年度に実験を実施する予定である。
また、実験試料であるフェロペリクレースを愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センターに設置されている高温雰囲気調整炉を用いて合成を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本課題が採択されたのが8月であり、2019年度のSPring-8課題申請に間に合わず、2019年度に実験することは叶わなかったが、高圧実験装置であるダイヤモンドアンビルセルの購入や実験試料の合成を行った。幸い2020年度のSPring-8課題に採択され、実験を遂行することが可能である。2020年度にX線吸収微細構造とX線回折の複合測定をフェロペリクレースやε-FeOOHに対して行うことで、本研究の目的の鉱物であるブリッジマナイトを解析する際の基礎的なデータを取得することが可能であると思われる。

Strategy for Future Research Activity

2019年度は、室温におけるX線吸収微細構造とX線回折の複合測定を行う準備を行ってきた。2020年度には、SPring-8の課題が採択されたことから、実験を遂行することができる。しかしながら、新型コロナウイルスの影響でSPring-8が外部利用者の受け入れを中止しており、6月下旬に予定していたビームタイムは一旦キャンセルされた。感染者の爆発的増加は今後も予測されており、県外への出張はもちろんSPring-8での実験ができないことが予測される。このようなことが予測される中、2020年度は大学内で高温発生可能な技術の開発を行う予定である。また、SPring-8の課題公募が行われない可能性もあるため、2020年度は当初の実験計画より遅れることが予測される。

Report

(1 results)
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(13 results)

All 2020 2019

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Element-selective elastic properties of Fe65Ni35 Invar alloy and Fe72Pt28 alloy studied by Extended X-ray Absorption Fine Structure2020

    • Author(s)
      Kousa M.、Iwasaki S.、Ishimatsu N.、Kawamura N.、Nomura R.、Kakizawa S.、Mizumaki M.、Sumiya H.、Irifune T.
    • Journal Title

      High Pressure Res.

      Volume: 40 Pages: 130-139

    • DOI

      10.1080/08957959.2019.1702175

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of pressure on temperature measurements using WRe thermocouple and its geophysical impact2020

    • Author(s)
      Nishihara Yu、Doi Shunta、Kakizawa Sho、Higo Yuji、Tange Yoshinori
    • Journal Title

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      Volume: 298 Pages: 106348-106348

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2019.106348

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Alに富んだ無水ブリッジマナイトの存在可能組成領域2019

    • Author(s)
      井上徹,野田昌道,柿澤翔
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2019年大会(JpGU2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Maximum water solubility of bridgmanite under the Earth's lower mantle conditions2019

    • Author(s)
      柿澤翔,井上徹,阿部綾太郎,黒田みなみ,坂本直哉,圦本尚義
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2019年大会(JpGU2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The role of stishovite as a deep nitrogen carrier indicated from high-pressure and high-temperature experiments2019

    • Author(s)
      福山鴻,鍵裕之,井上徹,新名亨,柿澤翔,菱田俊一,佐野有司,高畑直人
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2019年大会(JpGU2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nitrogen solubility in stishovite under high P-T: formation of "hidden" nitrogen reservoir in the deep mantle via subducting slabs2019

    • Author(s)
      Fukuyama, K., Kagi, H., Inoue, T., Shinmei, T., Kakizawa, S., Hishita, S., Takahata, N. and Sano, Y.
    • Organizer
      Goldschmidt2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 下部マントル上部における水の最大貯蔵量:ブリッジマナイトの最大含水量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
      日本地球化学会第66回年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 高温高圧実験とSIMS分析から求めたstishoviteへの窒素取り込み量:沈み込みを介した地球深部における窒素貯蔵庫形成2019

    • Author(s)
      福山鴻, 鍵裕之, 井上徹, 柿澤翔, 新名亨, 菱田俊一, 高畑直人, 佐野有司
    • Organizer
      日本地球化学会第66回年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 地球深部における含水鉱物の水素結合対称化:高温高圧下におけるβ-CrOODの中性子回折実験2019

    • Author(s)
      市東力, 鍵裕之, 佐野 亜沙美, 柿澤翔, 小松一生, 青木勝敏, 飯塚理子, 町田真一, 古川登, 鈴木昭夫
    • Organizer
      日本地球化学会第66回年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] MA6-8 式による高温高圧中性子回折実験に向けた実験技術開発2019

    • Author(s)
      柿澤翔, 鍵裕之, 佐野亜沙美, 服部高典, 新名亨, 入舩徹男
    • Organizer
      第60回高圧討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] hcp FeHx の安定水素組成ー温度ー圧力領域2019

    • Author(s)
      青木勝敏, 福山鴻, 柿澤翔, 鍵裕之, 齋藤寛之, 町田晃彦
    • Organizer
      第60回高圧討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] β-CrOOD(guyanaite) の高温高圧中性子回折測定と水素結合の温度圧力依存性2019

    • Author(s)
      市東力, 鍵裕之, 佐野亜沙美, 柿澤翔, 小松一生, 青木勝敏, 飯塚理子, 町田真一, 古川登, 鈴木昭夫
    • Organizer
      第60回高圧討論会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Hydrogen positions in Al-bearing hydrous bridgmanite investigated by neutron diffraction2019

    • Author(s)
      S. Kakizawa, T. Inoue, T. Kuribayashi, A. Sano-Furukawa, and T. Hattori
    • Organizer
      NCKU Neutron scattering Workshop
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-09-03   Modified: 2021-01-27  

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