2017 Fiscal Year Research-status Report
海洋プレートによる地球深部への水輸送、鉄チタン水酸化物の役割
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17K05713
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| Research Institution | Teikyo University of Science & Technology |
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Principal Investigator |
松影 香子 帝京科学大学, 総合教育センター, 准教授 (80343078)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高圧含水相 / 海洋プレート / 地球内部 / 鉄チタン水酸化物 / 高温高圧実験 / 水 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、海洋地殻の主は構成物である玄武岩中の主要鉱物（ザクロ石、輝石）と、高圧下で共存する新しい含水相「鉄チタン水酸化物」の相関系、熱力学的安定領域を明らかにするのを目的としている。この新相は地球の上部マントル深部～マントル遷移層にかけての広い温度圧力範囲で安定であることが本研究で示されつつあり、地球内部における主要な水成分のリザバー（貯蔵庫）かつ運び手である可能性がある。本含水相が安定であると予想される上部マント深部からマントル遷移層に至る範囲は、海洋地殻にとって効果的に水を地球深部に運ぶ相が欠落している領域である。そのため、この含水相の安定領域は地球内部の水分布のシナリオに大きな影響をあたえる可能性が浮上している。
下記の「現在までの進捗状況」で示すように、本年は新しい実験室を立ち上げるとともに、主として天然玄武岩－H2Oの系での実験を開始した。H29年度は、鉄チタン含水鉱物が含水玄武岩の系で平衡共存する事を初めて示した実験試料に関する報告が記載された論文が公表された（Matsukage et al., 2017, JMPS）。また、本研究によって鉄チタン水酸化物のおおよその安定領域が見えてきており、もう一歩で論文として報告できるところまで進んでいる。我々は、鉄チタン水酸化物単相に関して放射光を用いない相平衡実験と回収試料の分析に基づいた予察的実験も行っており、以下の事が明らかになっている。
①少なくとも圧力およそ12～16 GPa程度の範囲で安定である。
②広い組成範囲でFeとTiの複雑な固溶体を構成している。
③固溶体の基本的な結晶構造はαPbO2型およびεFeOOH型であるが、それ以外に高温で急冷回収が出来ていない高温高圧相（おそらく多形）が存在する可能性が示唆されている。
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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
研究代表者は現在所属している帝京科学大学へH28年度に独立移動し何もないところから研究をスタートすることになった。したがって本研究を遂行するにあたっては最初に研究の環境整備を行う必要があった。本学は小さな私立大学であり研究設備や環境に関しては決して恵まれているとは言えない。最初の本科研費の申請書での計画に従って、大型で高額の分析装置・研究装置は使い慣れた他大学や共同利用施設のものを共同研究という形でお借りしつつ、実験準備、実験後の回収試料の分析準備を本学の実験室で行えるように整備を行った。
H２９年度は、天然玄武岩－H2Oの系での実験を開始しており、現在進行中である。実験準備や試料合成は立ち上げたばかりの自前の実験室で行った。高温高圧発生実験やマイクロフォーカス粉末X線回折分析に関しては、愛媛大学へ共同利用申請を行ったうえで愛媛大地球深部ダイナミクス研究センターのものをお借りした。化学分析に関しては、近く東京工業大学の装置をお借りする予定であり分析試料の準備を行っている。
単相での相関系や結晶構造に関する研究に関しては、鉄チタン水酸化物の精密な安定領域を決定して相平衡図を完成させるには、高温高圧下の状態において放射光X線で結晶構造データを直接収集する必要があることがわかった。今後、つくばの高エネルギー加速器機構で放射光を使ったその場観察実験を計画している。その下調べをかねてH29年度は、他の科研費の共同研究者として本研究とは異なる目的でマルチアンビル型高圧装置を備えたビームラインの放射光実験に参加した。その際、本研究で放射光を用いる際のデザインを考え問題点などを洗い出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
天然玄武岩－H2Oの系の実験に関しては、現在順調に進んでいる。愛媛大の共同利用申請はH30年度も採択されており、昨年度同様に研究を進められると考えている。
単相での相関系や結晶構造に関する研究は、放射光とマルチアンビル装置を用いたその場観察実験が必要である。現在高エネルギー加速器機構のG型の共同利用研究の申請を行っており、採択されれば本年度後期からデータが良い取得できると期待している。申請が不採択の場合は、研究の質はかなりおとるが、現在行っている急冷回収による実験を進めていきたい。
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| Causes of Carryover |
業者による送料の値引きなどにより昨年度、4551円の残高が生じた。本年度の物品費として、繰り越して研究に有効活用する予定である。
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