| Project/Area Number |
21H04996
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section B
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
芳野 極 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (30423338)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 秀治 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (50505394)
石井 貴之 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (50765534)
増野 いづみ 岡山大学, 惑星物質研究所, 特任助教 (50822102)
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
浅沼 尚 京都大学, 人間・環境学研究科, 講師 (90852525)
辻野 典秀 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, テニュアトラック研究員 (20633093)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥193,570,000 (Direct Cost: ¥148,900,000、Indirect Cost: ¥44,670,000)
Fiscal Year 2024: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2023: ¥27,170,000 (Direct Cost: ¥20,900,000、Indirect Cost: ¥6,270,000)
Fiscal Year 2022: ¥52,910,000 (Direct Cost: ¥40,700,000、Indirect Cost: ¥12,210,000)
Fiscal Year 2021: ¥92,690,000 (Direct Cost: ¥71,300,000、Indirect Cost: ¥21,390,000)
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| Keywords | 高圧実験 / マントル / レオロジー / 元素分配 / 熱電測定 / 強親鉄元素 / 始原的リザーバー / 核ーマントル相互作用 / 川井型マルチアンビル装置 / 川井型マルチアンビル高圧装置 / 酸化還元 / 川井型マルチアンビル / 川井型マルチアンビル高圧発生装置 |
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| Outline of Research at the Start |
地球惑星科学において超高圧実験はアクセスが困難な地球惑星深部を理解するため決定的に重要な研究手法である。岡山大学惑星物質研究所（IPM）の高圧グループは、大容量川井型マルチアンビル装置（KMA）における圧力・温度発生において世界をリードし、超高圧下における粘弾性測定、熱電測定においても最先端の技術開発により下部マントル条件での実験を実現しつつある。これらの技術革新により、KMAの特徴を活かして超高圧高温下での融解実験、流動特性、核―マントル境界における熱物質輸送特性、酸化還元過程など多角的な研究を展開して、未解決のマントルの諸問題に取り組み地球のマントル進化の統合的モデルの創出に挑む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、本研究の多角的アプローチのうち以下の３つの研究でそれぞれ実験を推進した。１）レイトベニア仮説を検証するために高圧下での溶融鉄とケイ酸塩メルト間の強親鉄元素の分配実験において問題となっている急冷試料中の珪酸塩部分に出現する金属のナゲットの成因の解明を試みた。珪酸塩メルトの溶融実験から深いマグマオーシャンでは２価鉄の不均化反応で珪酸塩メルトの3価鉄と金属鉄が生成されることから金属のナゲットの成因は不均化反応によるものと考えられる。またこの結果は超深度マグマオーシャンから結晶化したマントルは現在よりもずっと酸化的であり、生命誕生以前の初期地球大気は二酸化炭素や二酸化硫黄に富み、原始生命にとってとても過酷な表層環境が形成したことが示唆された。２）始原的リザーバーの存在がBEAMSモデルで説明できるかを検証するため高圧変形実験を行った。ブリッジマナイトの粘性への酸素欠陥、AlやFeの影響を決定したところ影響はそれほど大きくない結果が得られた。３）核―マントルの相互作用を考慮する上で、超低速度帯が部分溶融メルトの存在で説明しうるのかを検証が必要である。下部マントル底部における3価鉄を含む珪酸塩メルトの重力安定性に制約を与えるため、含鉄珪酸塩ガラスの音速、メスバウアー、電気伝導度測定を行い、約８０GPaでスピン転移が起こり密度が大きく上昇することが示唆され、部分溶融メルトがマントル底部に安定的に存在できる可能性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時に初年度に計上していた軟X線スペクトロメータ付きの電界放出型走査電子顕微鏡は初年度の導入を目指したが、内定額では導入が困難であることから、電界放出型電子マイクロプローブ(EPMA)の導入へと変更した。軟X線スペクトロメータは本研究課題で着目する酸化還元状態の決定に役立つ優先度の高い機器であり、また実験試料の組成分析は基礎的な情報として不可欠であることから、本装置の導入を優先した。初年度は軟X線スペクトロメータと２つの分光結晶があるチャンネルを1機取り付けたものを導入するにとどまったが、本年度波長分解スペクトロメータのチャンネルを３機増設することで本研究を推進するための基盤を整えた。D111型マルチアンビル変形装置を用いた変形実験においては、初年度から顕著な成果を上げることができたため、下部マントルの主要鉱物であるブリッジマナイトへのFeやAlの粘性への影響などを調査した。強親鉄元素分配実験では分配を決定するにあたって問題となっていた金属ナゲットの成因について知見を得ることができたので、今後の30GPaを超える高圧力下での実験に向けた基盤を整えることができた。これらを総合すると概ね順調に推移していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究分担者の異動に伴い、高輝度光科学研究センターへ異動した辻野典秀氏が抜けることとなった。令和５年度以降の人的体制については、令和５年度4月に中華人民共和国の北京高圧科学中心から岡山大学惑星物質研究所に准教授として着任する石井貴之氏が本研究課題に研究分担者として加わることで、研究の遂行に支障はなくなる。さらに科研費ポスドク１名が国外の研究機関に転出するが、新たにYouyue Zhang氏が加入することで体制は維持可能である。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.
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