| Project/Area Number |
21H04528
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Hiroshima University (2022-2024)
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2021) |
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Principal Investigator |
岡崎 啓史 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90784257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 真太郎 東京工業大学, 理学院, 助教 (60771293)
上杉 健太朗 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主席研究員 (80344399)
野村 龍一 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (40734570)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥43,160,000 (Direct Cost: ¥33,200,000、Indirect Cost: ¥9,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥23,270,000 (Direct Cost: ¥17,900,000、Indirect Cost: ¥5,370,000)
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| Keywords | 深発地震 / マントル / 地球深部 / 相転移 / レオロジー / スラブ / 沈み込み帯 / マントル遷移層 / プレートテクトニクス |
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| Outline of Research at the Start |
45億年前から現在に至る地球惑星の進化を理解するためには全地球的な物質循環を解明することが重要である。地球の体積のうちの80%を占めるマントルの変形特性(レオロジー)は地球内部の物質循環を大きく支配している可能性があるにも関わらず、技術的な困難さにより地球表層のたった10%程度の深さ(~700km)までしか理解されていない。本研究では回転式ダイヤモンドアンビル装置を用いて、未知の領域であるマントル遷移層(深さ23GPa・1500degC)からマントルの最下部であるD”層(136GPa・3200degC) の変形特性を網羅的に取得す全マントルを網羅するレオロジー断面図を決定することに挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究予算で2021年度に製作した改良型回転式ダイヤモンドアンビル装置は持ち運び可能であるため、2023年度においてもSPring-8に持ち込み放射光実験で使用した。2023年度はSPring-8のビー ムタイムを前期後期で各1週間ほど確保することができ(代表研究者の岡﨑及び研究分担者の東が申請代表)、本研究のテーマであるマントル遷移層周辺の圧力条件 (およそ20GPa)において、カンラン石の相転移による粘性率低下と深発地震断層形成のプロセスを放射光XRD測定による鉱物組成と応力変化のリアルタイム観察を おこなうことができた。出発試料としては粒径が2um程度のカンラン石多結晶体である模擬マントル物質を使用した。今年度はより高温での変形実験を実施するために近赤外イメージ炉を回転式ダイヤモンドアンビル装置へ組み込み、温度を800degC程度まで昇温することに成功した。一方で、高温実験ではダイヤモンドアンビルセルが変形し、変形実験をおこなうことができない時があった。また、昇温時に圧力が大きく減少することが確認でき、高温実験を実験する上での課題が見つかった。一方で、温度400degC程度での温度域では比較的安定して、一定温度下での変形実験と一定速度で温度を上昇させながら試料を変形させる一定昇温速度変形実験も実施することができた。以上のように2023年度は放射 光下で変形実験をおこなうことに成功し、模擬マントル物質のの応力歪曲線を取得することができたが、研究目標を達成するためには更なる装置の改良が必要であることもわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本来の予定では、今年度から改良型回転式ダイヤモンドアンビル装置を用いたマントル遷移層条件でのマントル物質の変形実験をおこなう予定であったが、目標の温度（800degC）までの昇温は達成されたが変形実験の実施はできなかった。その原因として、1: 高温条件では回転式ダイヤモンドアンビル本体も加熱されてしまいアンビルセル自体が変形してしまった、2: 高温への昇温時の熱膨張により試料にかけていた圧力が抜けてしまった、の2点が挙げられる。圧力20GPa, 温度400degC程度での変形実験はルーチンでおこなえるようになっており、研究の進展はみられたがさらなる高温化へはさらなる対策が必要であり、現在までの進捗状況はやや遅れているといえる。来年度は、1: アンビル装置周辺へ断熱材を配置しアンビル装置の冷却効率の改善、2: ガス圧メンブレン式の加圧方式を採用し圧力の一定制御システムの構築、の2点の改良をおこなうことにより、問題の解決を試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のように、今年度から改良型回転式ダイヤモンドアンビル装置を用いたマントル遷移層条件でのマントル物質の変形実験をおこなう予定であったが、目標の温度（800degC）までの昇温は達成されたが変形実験の実施はできなかった。そのため2024年度には、1: アンビル装置周辺へ断熱材を配置しアンビル装置の冷却効率の改善、2: ガス圧メンブレン式の加圧方式を採用し圧力の一定制御システムの構築、の2点の改良をおこなうことにより、問題の解決を試みる。本研究グループの2024前期のSPring-8でのビームタイムは今までで最長の14日であり時間も十分であることから前半で断熱材の設置とガス圧メンブレン式の加圧方式のテストをおこない、後半で変形実験を実施する予定である。2024年度後期分についても岡崎を代表者として申請予定である。2024年度も引き続き、本研究のテーマであるマントル遷移層周辺の圧力条件(およそ20GPa)において、カンラン石の相転移による粘性率低下と深発地震断層形成のプロセスを放射光XRD測定 による鉱物組成と応力変化のリアルタイム観察をおこなう。
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