下部マントル鉱物の水溶解度の精密決定と地球マントル水循環・分布モデルの構築
| Project/Area Number |
23K19067
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0204:Astronomy, earth and planetary science, and related fields
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
石井 貴之 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (50765534)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | マントル / 地球内部水 / 高圧実験 / その場X線観察実験 / デイブマオアイト / 赤外分光法 / 単結晶 / 含水量 / 地球マントル / 鉱物 / 高温高圧下X線その場観察法 |
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| Outline of Research at the Start |
地球表層と内部の間を水の大循環プロセスと地球内部の水貯蔵量を明らかにすることは、地震や火山活動などの地質現象の解明、地球内部の化学的進化を明らかにするために重要である。独自に開発した川井型マルチアンビル高圧発生装置を用いた高圧実験により、精密な温度・圧力・化学組成制御下で、下部マントルで３番目の体積比を有するデイブマオアイトの水の溶解度を決定する。得られた結果から、下部マントルの水循環・分布モデルを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水がどのように地球表層と内部の間を循環しているのか、そしてどの程度地球内部に水が蓄えられているのかを明らかにすることは、地震や火山活動などの地質現象の原因や地球マントルの進化を理解するために重要である。上部マントルから遷移層条件で安定な水を含む鉱物が、天然のダイヤモンド包有物として発見されたことで、少なくとも遷移層まで水が運ばれ、貯蔵されていることが明らかとなっている。一方、下部マントルを起源とする海洋島玄武岩は高い含水量を示しており、下部マントルにも水が蓄えられている可能性がある。しかし、下部マントル主要鉱物のブリッジマナイトとフェロペリクレースへの水の溶解度は非常に低いため、下部マントルにおいて水がどのように分布し循環しているのかは、未解決の問題である。本研究では、下部マントルで３番目の体積比を有し、高い水の溶解度が期待される鉱物であるデイブマオアイトに注目する。川井型マルチアンビル高圧発生装置を用いた高圧実験により、デイブマオアイトの水の溶解度を決定し、下部マントルの水循環・分布モデルを構築することを目的とする。
2023年度は、主に放射光X線を用いた高温高圧下その場X線観察実験により、デイブマオアイトの含水量の決定を行った。含水条件下のCaSiO3デイブマオアイトの格子体積を測定した。下部マントルまでの圧力温度条件において、含水下の格子体積は、無水条件におけるCaSiO3デイブマオアイトの格子体積と同程度の値であり、先行研究で報告されているような含水化に伴う格子体積の著しい減少は見られなかった。また、先行研究で報告されているような含水条件下での立方晶から正方晶への結晶系の変化も見られなかった。
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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
初年度である2023年度は、主に放射光X線を用いた高温高圧下その場X線観察実験により、含水条件下のCaSiO3デイブマオアイトの格子体積測定に成功した。下部マントルの圧力温度条件まで、デイブマオアイトの格子体積を測定し、当初の計画通り研究を遂行できたと言える。
また、2024年度の主な実施予定であるCaTiO3を含むCaSiO3ペロブスカイト単結晶合成とその含水量測定についても予備実験を実施した。単結晶育成における最適な高温高圧合成条件を確立し、最大0.3 mmの単結晶育成に成功し、2024年度の実施計画を円滑に推進する土台を作ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射光X線を用いた高温高圧下その場X線観察実験は、2023年度に下部マントル最上部条件までの実験が終了した。2024年度は、下部マントル上部から中部条件まで圧力・温度条件を拡大し、引き続き実験を行う予定である。また、2024年度は、マントル遷移層から下部マントル条件におけるCaTiO3を含むCaSiO3ペロブスカイトの含水下での単結晶合成と赤外分光測定による含水量測定を主に行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Equation of State and Spin Crossover of (Al, Fe)‐Phase H2023
Author(s)
Strozewski Benjamin、Buchen Johannes、Sturhahn Wolfgang、Ishii Takayuki、Ohira Itaru、Chariton Stella、Lavina Barbara、Zhao Jiyong、Toellner Thomas S.、Jackson Jennifer M.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Solid Earth
Volume: 128
Issue: 4
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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