2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06285
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
廣瀬 敬 東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (50270921)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大石 泰生 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主席研究員 (20344400)
K Joseph 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任教授 (80721258)
Alfred Baron 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 主任研究員 (90442920)
小澤 一仁 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90160853)
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| Project Period (FY) |
2016-04-26 – 2021-03-31
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| Keywords | 初期地球 / 高圧 / 元素分配 / マグマオーシャン / コア形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はまずマグマオーシャンの結晶化を追いかけた実験を行い、重量にして約60％固化が進むまでMgSiO3ブリッジマナイト主体の固体層が形成されること、マグマがSiに乏しくFeに富む組成へと進化していくことを明らかにした。さらに、マグマと結晶相の密度逆転に関して、上記の結晶化プロセスを考慮した第一原理計算を行い、マグマオーシャンから最初に結晶化したブリッジマナイトは深さ2500km以深では軽くなること（マグマが重い）、さらに50%まで固化が進むと密度逆転は深さ1300kmで起こることを明らかにした。また、その結果形成された初期のマントルの化学成層構造、特に下部マントルにできたMgSiO3主体のブロックは、粘性が高く対流から孤立することによって、現在でも下部マントルに残されている可能性が高いことを示した。このようなブロックの存在は沈み込むスラブの挙動やホットスポットの位置の定常性をより良く説明する。加えて、液体Fe-Si-O 合金の結晶化実験を幅広い圧力・温度・組成で行い、地球初期のシリコンと酸素を多く含む液体コアからSiO2が結晶化することによって、初期地球からコアには組成対流が起きていたこと、コア形成後間もない頃より地球磁場が存在していた可能性が高いことを示した。このようなSiO2を結晶化させてきた現在の液体コア（外核）の化学組成を推定するため、Ｘ線非弾性散乱測定に基づく液体Fe-Siの縦波速度を決定し、現在の外核に含まれているシリコンの最大値を見積もることに成功した。これまで困難とされていた、超高圧下における液体の純鉄の物性測定（密度、音速、融解温度）に関しても大きな成功を収めつつある。
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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
今年度は大きな成果が２つも挙がったため。
１つ目は、Ohta, Kuwayama, Hirose et al. (2016 Nature) によりコアの熱伝導率が従来の推定値の３倍程度高く、コアに熱対流を起こすことは困難であることが示されたことを受け、Hirose et al. (2017 Nature) では、液体コアからSiO2が結晶化することによって、初期地球からコアには組成対流が起きていたこと、コア形成後間もない頃より地球磁場が存在していた可能性が高いこと、また現在まで地球の強い磁場が維持され続けてきたこと、をあきらかにすることができた。２つ目は、Ballmer et al. (2017 Nature Geoscience)により、従来下部マントルは最下部を除き比較的均質とされてきたが、マグマオーシャンから結晶化したMgSiO3主体のブロック（BEAMS）は粘性が高く対流から孤立することによって、現在でも下部マントルに残されている可能性が高いことを示すことができた。このBEAMSは、沈み込むスラブの挙動、ホットスポットの位置の定常性、初期地球にできた同位体異常の維持など、地球物理学的・地球化学的観測をより良く説明する。加えて、これまで困難とされていた、超高圧下における液体の純鉄の物性測定（密度、音速、融解温度）に関しても大きな成功を収めつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
すべての研究目的につき順調に実験が進んでいる。次年度はSPring-8のビームラインBL10XUに、３次元イメージングシステムを立ち上げ、高圧下での試料の形状を正確に測定することを試みる。
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Research Products
(30 results)
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[Journal Article] Chemical and orbital fluctuations inBa3CuSb2O92016
Author(s)
Wakabayashi Yusuke、Nakajima Daisuke、Ishiguro Yuki、Kimura Kenta、Kimura Tsuyoshi、Tsutsui Satoshi、Baron Alfred Q. R.、Hayashi Kouichi、Happo Naohisa、Hosokawa Shinya、Ohwada Kenji、Nakatsuji Satoru
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 93
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ophiolites and ultramafic rocks2016
Author(s)
Ishiwatari, A., Ozawa, K., Arai, S., Ishimaru, S., Abe, N., and Takeuchi, M.
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Journal Title
Geological Society, London
Volume: -
Pages: 223-250
Peer Reviewed
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