従来手法を統合した下部マントルにおける融解現象の理解

• Project Area: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science
• Project/Area Number: 16H01115
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo (2017); Tokyo Institute of Technology (2016)
• Principal Investigator: 新名 良介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (00769812)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2016: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 地球・惑星内部構造 / 地殻・マントル物質 / 固体地球物理学 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 下部マントル / 融解 / ダイヤモンドアンビルセル / 高温高圧 / 惑星起源・進化 / 地球内部 / レーザー加熱

Outline of Annual Research Achievements

地球下部マントルにおける融解現象を理解するために研究を推進した。当初の計画どおり、最終年度である本年度は地球内部融解現象を再現する実験と、論文・学会発表を通した成果報告を中心に計画を遂行した。昨年度までの技術開発の結果、レーザー加熱と温度決定用分光測定の自動化が進んだ。その後比較的新しい加熱方法である内部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセル（DAC）に対しても容易に応用が可能であると着想し、システムに改良を加えて実用化をした。その結果、内部抵抗加熱DACとしては世界最高到達温度圧力となる２９０万気圧、５５００ケルビン（地球内核条件に相当）という高い温度圧力において半自動的に温度を連続決定することが可能となった。この新しく開発した技術を用いて実験を行い、得られた実験データから地球の内核境界と核マントル境界の温度を制約した。結果から、１５億年前から今日まで、マントル最下部においてマントル物質のグローバルな溶融は起こっていないだろうことが明らかになった。また、下部マントルにおける融解現象を明らかにするため、従来考えられてこなかった三価鉄、Fe3+が固相・液相相関係に与える影響を実験的に決定した。得られた結果から、下部マントル最上部において高酸素雰囲気異常が存在すると、融点が大きく下がり、部分融解を起こす可能性が明らかになった。高酸素雰囲気物質に富むメルトが上昇し、下部マントルへ高酸素雰囲気物質が沈み込むことを妨げるようなプロセスが示唆された。
以上のように、研究計画の目標に対して実験技術開発と科学的発見の両面において大きな進展が見られた。本年度の研究成果としては、国際学術誌に７本の論文が公開され、１本の論文が印刷中、４本の論文が査読中である。また国際学会において３件、国内学会において２件の研究成果発表を行った。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Melting experiments on Fe-Si-S alloys to core pressures: Silicon in the core? (2018)
  • Author(s): Tateno Shigehiko、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Morard Guillaume、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Melting experiments on Fe-Fe 3 S system to 254 GPa (2017)
  • Author(s): Mori Yuko、Ozawa Haruka、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Tateno Shigehiko、Morard Guillaume、Ohishi Yasuo
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 464 Pages: 135-141
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.02.021
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Critical behavior of Mg1-xFexO at the pressure-induced iron spin-state crossover (2017)
  • Author(s): Glazyrin Konstantin、Sinmyo Ryosuke、Bykova Elena、Bykov Maxim、Cerantola Valerio、Longo Micaela、McCammon Catherine、Prakapenka Vitali、Dubrovinsky Leonid
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 21 Pages: 214412-214412
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.214412
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The spin state of Fe3+ in lower mantle bridgmanite (2017)
  • Author(s): Sinmyo R., McCammon C., Dubrovinsky L.
  • Journal Title: Am. Mineral. Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 1263-1269
  • DOI: 10.2138/am-2017-5917
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis and crystal structure of LiNbO3-type Mg3Al2Si3O12: A possible indicator of shock conditions of meteorites (2017)
  • Author(s): Ishii Takayuki、Sinmyo Ryosuke、Komabayashi Tetsuya、Ballaran Tiziana Boffa、Kawazoe Takaaki、Miyajima Nobuyoshi、Hirose Kei、Katsura Tomoo
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: 102 Issue: 9 Pages: 1947-1952
  • DOI: 10.2138/am-2017-6027
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The effect of iron and aluminum incorporation on lattice thermal conductivity of bridgmanite at the Earth's lower mantle (2017)
  • Author(s): Okuda Yoshiyuki、Ohta Kenji、Yagi Takashi、Sinmyo Ryosuke、Wakamatsu Tatsuya、Hirose Kei、Ohishi Yasuo
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 474 Pages: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.06.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Perovskite in Earth’s deep interior (2017)
  • Author(s): Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Hernlund John
  • Journal Title: Science Volume: 358 Issue: 6364 Pages: 734-738
  • DOI: 10.1126/science.aam8561
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sound velocities of skiagite-iron-majorite solid solution to 56 GPa probed by nuclear inelastic scattering (2017)
  • Author(s): Vasiukov Denis、Ismailova Leyla、Kupenko Ilya、Cerantola Valerio、Sinmyo Ryosuke、Glazyrin Konstantin、McCammon Catherine、Chumakov Aleksandr、Dubrovinsky Leonid、Dubrovinskaia Natalia
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: － Issue: 5 Pages: 397-404
  • DOI: 10.1007/s00269-017-0928-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Electrical conductivity of NaCl-bearing aqueous fluids to 600 ℃ and 1 GPa (2017)
  • Author(s): Sinmyo R., Keppler H.
  • Journal Title: Contributions to Mineralogy and Petrology Volume: 172 Issue: 1
  • DOI: 10.1007/s00410-016-1323-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SiO2 crystallization and compositional evolution of the Earth’s core (2017)
  • Author(s): K. Hirose, G. Morard, R. Sinmyo, K. Umemoto, J. Hernlund, G. Helffrich, and S. Labrosse
  • Journal Title: Nature Volume: 543 Issue: 7643 Pages: 99-102
  • DOI: 10.1038/nature21367
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sound velocities of bridgmanite from density of states determined by nuclear inelastic scattering and first principles calculations (2016)
  • Author(s): McCammon C., Caracas R., Glazyrin K., Potapkin V., Kantor A., Sinmyo R., Prescher C., Kupenko I., Chumakov A., Dubrovinsky L.
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 3 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-016-0089-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stability of Fe,Al-bearing bridgmanite in the lower mantle and synthesis of pure Fe-bridgmanite (2016)
  • Author(s): Ismailova L., Bykova E., Bykov M., Cerantola V., McCammon C., Boffa Balaran T., Bobrov A., Sinmyo R., Dubrovinskaia N., Glazyrin K., Liermann H.-P., Kupenko I., Hanfland M., Prescher C., Prakapenka V., Svitlyk V., Dubrovinsky L.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 2 Issue: 7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1600427
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of Fe7O9: a new iron oxide with a complex monoclinic structure (2016)
  • Author(s): Sinmyo R., Bykova E., Ovsyannikov S.V., McCammon C., Kupenko I., Ismailova L., Dubrovinsky L.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep32852
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Fe3+ on the subsolidus and melting phase relations under lower mantle conditions (2017)
  • Author(s): Ryosuke Sinmyo, Yoichi Nakajima, Catherine McCammon, Nobuyoshi Miyajima, Sylvain Petitgirard, Robert Myhill, Daniel Frost
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 下部マントル条件においてFe3+がサブソリダスおよび融解相関係に与える影響 (2017)
  • Author(s): 新名良介, 中島陽一, Catherine McCammon, 宮島延吉, Sylvain Petitgirard, Robert Myhill, Daniel Frost
  • Organizer: 日本鉱物科学会2017年年会
• [Presentation] Melting of Iron at High Pressure (2017)
  • Author(s): 新名良介，廣瀬敬, 大石泰生
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] Melting of Iron to 290 Gigapascals (2017)
  • Author(s): Ryosuke Sinmyo, Kei Hirose, Yasuo Ohishi
  • Organizer: 2017 American Geophysical Union Fall meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrical conductivity of H2O-NaCl fluids to 10 kbar (2016)
  • Author(s): Sinmyo R. and Keppler H.
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2016
  • Place of Presentation: Moscone Center, San Francisco, USA
  • Year and Date: 2016-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrical conductivity of NaCl-bearing aqueous fluids to 600 ℃ and 1 GPa (2016)
  • Author(s): Sinmyo R. and Keppler H.
  • Organizer: 第57回高圧討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学大学会館、茨城、日本
  • Year and Date: 2016-10-26
• [Presentation] The spin state of Fe3+ in lower mantle bridgmanite (2016)
  • Author(s): Sinmyo R., McCammon C., Dubrovinsky L.
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜、日本
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrical conductivity of H2O-NaCl fluids to 10 kbar (2016)
  • Author(s): Sinmyo R. and Keppler H.
  • Organizer: Fifteenth International Symposium on Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry
  • Place of Presentation: ETH Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2016-06-05
  • Int'l Joint Research