2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
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15H05834
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
土屋 卓久 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70403863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 旬 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (00527608)
出倉 春彦 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (90700146)
中川 貴司 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 主任研究員 (50396941)
宮腰 剛広 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球深部ダイナミクス研究分野, 主任研究員 (60435807)
高橋 太 九州大学, 理学研究院, 准教授 (20467012)
ハーンルンド ジョン 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任教授 (30723712)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / マントル対流計算 / 電磁流体計算 / ダイナミクスモデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マントル深部温度圧力条件における主要地球深部物質の熱弾性特性、熱伝導率、原子拡散係数の計算を、すでに開発済みである計算コード群（熱弾性特性の計算には第一原理分子動力学法及び格子動力学法（Wentzcovitch, Tsuchiya, and Tsuchiya 2006; Kawai and Tsuchiya 2014）、格子熱伝導率の計算には第一原理非調和格子動力学法（Dekura, Tsuchiya, and Tsuchiya 2013））を用いて開始した。これらと並行して、元素分配や同位体分別の第一原理計算手法開発を完了し、超高温超高圧下でのカリウムなど微量元素の親鉄性の計算を開始した。これらの大規模数値計算を実施するために必要となるクラスター型並列計算機システムを購入した。
計画研究A01-1ダイナミクス班やA01-2構造物性班が取得した核－マントル物質の実験データの理論サポートを開始するとともに、得られた弾性特性に基づき地震・電磁気観測班(A03-1)が取得した観測結果の解釈も開始し、下部マントルの平均組成モデルを構築し公表した（Wang and Tsuchiya, 2015）。
主要地球深部物質の状態方程式や熱膨張率・熱伝導率の圧力依存性など、これらの研究から得られた高精度物性データを反映させた、より現実的な連続体シミュレーションに着手し、核－マントル境界、内核－外核境界など地球深部の主要な境界層領域のダイナミクスのモデル化を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定通り、下部マントル主要鉱物の熱弾性特性への鉄固溶効果等の定量計算を実行できた。さらに膨大な計算結果を取りまとめてデータベース化し、それに基づき予定していた下部マントル平均岩石鉱物モデルの構築を前倒して実行し、国内外の学研究会で発表するとともにNature Geoscience誌において論文を公表することができた。また下部マントル及び核の弾性特性、熱伝導特性に基づき下部マントル及び核の標準的な熱特性について考察し、取りまとめた結果を著書（分担執筆）として公表することができた。
第一原理計算から得られた物性値を用いた連続体シミューションも予定通り開始することができた。計画研究内連携のみならず計画研究間連携も計画通り開始することができ、特に新しい高圧安定含水鉱物の安定性や下部マントル・核物質の熱伝導率に関する計画研究A01-1,3との連携、放射性元素を含む微量元素挙動に関するA02-1,2との連携、地球深部物質の熱弾性特性に関するA03-1との連携については早くも具体的な成果が得られつつあり、当初計画以上の進展がみられている。
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| Strategy for Future Research Activity |
マントル深部温度圧力条件における主要地球深部物質の熱弾性特性、熱伝導率、原子拡散係数の計算をさらに推進するとともに、超高温超高圧下での微量元素の元素分配や同位体分別の計算も順次実行する。
得られた定量物性データをデータベース化し、他の計画研究が取得する核－マントル物質の実験データの理論サポートに用いるとともに、連続体シミュレーションに反映させてより現実的な地球深部モデルを構築する。
核－マントル物質の熱伝導特性やレオロジー特性の相違に着目した高精度数値解析を通して、核マントル境界、内核外核境界など地球深部の主要な境界層領域のダイナミクス、特に不均質性の成長機構について新たな理論モデルを提示する。
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[Journal Article] Constraints on Earth's inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-iron in extreme conditions2016
Author(s)
T. Sakamaki, E. Ohtani, H. Fukui, S. Kamada, S. Takahashi, T. Sakairi, A. Takahata, T. Sakai, S. Tsutsui, D. Ishikawa, R. Shiraishi, Y. Seto, T. Tsuchiya, and A. Q. R. Baron
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Journal Title
Science Advances
Volume: 2
Pages: e1500802
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] フェロペリクレースのフォノン軟化2015
Author(s)
福井宏之, バロン アルフレッド, 土屋卓久, 芳野極, 小林寿夫, 大石泰生
Organizer
第56回高圧討論会
Place of Presentation
JMSアステールプラザ （広島県広島市）
Year and Date
2015-11-12 – 2015-11-12
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