2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
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| Project/Area Number |
15H05829
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
入舩 徹男 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80193704)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
境 毅 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90451616)
西 真之 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (10584120)
石松 直樹 広島大学, 理学研究科, 助教 (70343291)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 実験技術開発 / 焼結ダイヤモンド / ヒメダイヤ / 中性子 / 放射光Ｘ線吸収実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下部マントル及び核領域の精密実験技術と多様な実験技術の開発を、超硬合金（WC）、焼結ダイヤモンド（SD）、ナノ多結晶ダイヤモンド（NPD＝ヒメダイヤ）、及び単結晶ダイヤモンドを使い分けて進めるとともに、これらの技術に基づき、他計画研究と連携し、領域の先端的研究を推進した。本年度得られた主な成果は以下のとおりである。
１）NPD合成技術の改良による、安定した大型・高品質NPD合成法の最適化と、実験に必要なNPD合成・加工を行い、本計画研究内及び他計画研究へ提供。また様々な粒径のNPD試料に対して放射光Ｘ線その場観察実験を行い、圧縮挙動の粒径依存性を明らかにした。
２）NPDアンビルを用いたダイヤモンドアンビル装置（NPD-DAC）による500GPa領域の超高圧発生に成功するとともに、1000K程度までの外熱加熱システムの開発を行った。また２段式DACを用いた高温高圧下での300GPa領域での変形実験技術を開発した。大型NPD-DACを用いた中性子実験用高圧装置の開発を行い、40GPa領域での圧力発生に成功した。
３）SDアンビルを用いたマルチアンビル装置（SD-MA）による、65GPa領域の圧力下における2300K領域の高温発生に成功するとともに、この技術を用いた下部マントル下部領域までのマントル主要鉱物の相関係の解明を行った。またWCアンビルを用いて25GPa程度の圧力下で3000Kまでの安定的高温発生を可能にした。
４）上記の技術及び他の技術を組み合わせ、また他の計画研究メンバーと協力することにより、沈み込んだ海洋地殻物質の下部マントルにおける挙動、Al2SiO5の新高圧相の発見とその構造解明、MgSiO3-FeSiO3系の下部マントル中部までの相関係、CaSiO3-MgSiO3系の融解関係、ハロゲン元素等の分配挙動の解明と地球始源物質への制約、等に関する研究成果を発表した。
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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
NPDの合成に関しては、合成装置の不具合から大型（1cm）試料の合成が困難となり、一部計画の変更を余儀なくされたが、それ以外は順調で計画通りにすすんだ。また、様々な粒径を有するNPDに対する、放射光X線その場観察による圧縮挙動の測定により、新たな興味深い結果が得られている。更に、グラッシーカーボンやナノダイヤモンド粉末を出発物質として用いたNPD合成に関しても、新しい成果が得られている。
NPDの応用に関しては、とりわけ２段式DACを用いた超高圧下での変形実験技術の開発において、期待以上の成果が得られるとともに、大型NPD-DACを用いた中性子実験も予想以上の圧力下での回折実験データの収集が行われた。上述したように1cm級NPD合成が困難なため、MAへの応用は6-8-2加圧方式の圧力発生に切り替え、100GPa近い圧力の発生に成功した。
SDとWCアンビルを用いた下部マントル領域の高温発生技術に関しては、それぞれ従来の限界を破る高温発生に成功しているが、最下部マントルでの地球の温度領域の発生には至っておらず、引き続き技術開発に取り組んでいる。
これらの技術を用い、他の計画研究班メンバーとも協力した研究成果は多く上がり、技術開発班としては概ね当初の計画を達成している。一部には予想以上の成果もあがっており、全体として順調に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
NPDの合成に関しては、主にグラッシーカーボンを出発物質とした際の生成条件の解明をすすめ取り纏めを行うとともに、得られた試料の一部は超音波法により高温高圧下での弾性を測定し、弾性率に対する粒径の影響、及び温度圧力依存性を明らかにする。また、よりマイルドな条件でのNPD合成に関しても引き続き取り組むが、大型NPDの合成に関しては本年度に大型超高圧合成装置の改修を予定しており、当初の課題から取り下げざるを得ない。従って当初予定していた6-8型MAによる圧力発生は、より小さな第3段NPDアンビルを用いる6-8-2加圧方式のMAによる圧力発生に変更し、引き続き150GPa領域の発生を目指した技術開発を行う予定である。
一方、DACによる応用に関しては、既に想定以上の成果もあがっているが、以下の点を中心とした技術開発を行う。２段加圧DACに関してはアンビルの形状等の最適化を更にすすめ、500GPaを越える圧力発生を目指す。回転DACに関しては、最下部マントル～内核に対応する圧力下で外熱加熱方式による高温実験を可能にし、高温高圧下での変形実験技術の開発を行う。大型DACによる中性子回折実験への応用は、更に高い60GPa領域を目指した圧力の下での実験を目指す。
SDを用いた実験に関しては、最下部マントル圧力下での2000K領域、また下部マントル中部の圧力下での2500K領域の高温発生技術の開発を行う。WCを用いた実験では、下部マントル上部の圧力下での3000K領域の高温発生技術の開発をすすめる。これらにより、下部マントル全域での精密な高温高圧実験技術の確立を目指す。
以上のような技術開発に基づき、他の計画研究班メンバーとの連携も通じて、とりわけ１）モデルマントル物質の融解と元素分配、２）下部マントル物質の高温相関係・融解関係、３）下部マントル・核物質の変形挙動、４）下部マントルの化学組成、などの解明に関する実験とその取り纏めを行う予定である。
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