超高圧地球科学:最下部マントル・中心核の物質学

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19674003
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 廣瀬 敬 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50270921)
• Keywords: マントル / 核 / ポストペロフスカイト / 超高圧

Research Abstract

本研究は地球の最下部マントルおよび中心核に相当する超高圧高温状態を実験室で実現し、地球深部の物性を実験的に明らかにしようとするものである。研究目的の大きな柱のひとつであった、地球中心に相当する超高圧・超高温(364万気圧・5000ケルビン以上)の発生に昨年度末までに初めて成功した。そこで、今年度前半に実験を繰り返し行って、地球最深部に位置する内核における鉄の結晶構造が六方最密充填構造であることを世界で初めてあきらかにした。また、下部マントル全域にわたる高圧下で、シリケイトメルトと下部マントルの代表的鉱物ペロフスカイト相との間の鉄の分配を実験的に調べた結果、75万気圧以上で分配係数が大きく変化し、メルト中に鉄が濃集することがわかった。さらに密度計算を行った結果、深さ1800kmより下の深部マントルでは、部分融解液が周囲の固体マントルよりも重く、下へ沈むことがあきらかになった。このことは、原始地球を覆っていたとされるマグマの海(マグマオーシャン)が地球表層のみならず、固体マントルの下にも広がっていたことを示唆する。マントル深部のマグマの海はゆっくりと冷却・固結し、いまでもマントルの底にわずかに残って、それが現在観測される地震波の超低速度域になっている可能性を示した。その他、MnGeO3を用いたアナログ実験により、最下部マントルの主要鉱物ポストペロフスカイト相のすべり面は001面であることをあきらかにした。このことにより、最下部マントルに観測される横波の偏光異方性はポストペロフスカイト相の変形によって説明されることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Thermal diffusivity measurement in diamond anvil cell using light pulse thermore flectance technique (2011)
  • Author(s): Yagi, T., Ohta, K., Kobayashi, K., Taketoshi, N., Hirose, K., Baba, T.
  • Journal Title: Measurement Science and Technology Volume: 22 Pages: 024011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The structure of iron in Earth's inner core (2010)
  • Author(s): Tateno, S., Hirose, K., Ohishi, Y., Tatsumi, Y.
  • Journal Title: Science Volume: 330 Pages: 359-361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Soret effect in laser-heated diamond-anvil cell (2010)
  • Author(s): Sinmyo, R., Hirose, K.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 180 Pages: 172-178
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sound velocity measurement in liquid water up to 25 GPa and 900 K : Implications for densities of water at lower mantle conditions (2010)
  • Author(s): Asahara, Y., Murakami, M., Ohishi, Y., Hirao, N., Hirose, K.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 289 Pages: 479-485
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical conductivities of pyrolitic mantle and MORB materials up to the lower most mantle conditions (2010)
  • Author(s): Ohta, K., Hirose, K., Shimizu, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 289 Pages: 497-502
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The electrical resistance measurements of (Mg, Fe) SiO_3 perovskite and implications for iron spin transition (2010)
  • Author(s): Ohta, K., Hirose, K., Shimizu, K.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 180 Pages: 154-158
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural distortion of CaSnO_3 perovskite under pressure and the quenchable post-perovskite phase as a low-pressure analogue to MgSiO_3 (2010)
  • Author(s): Tateno, S., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 181 Pages: 54-59
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compression of FeSi, Fe_3C, Fe_0.95O, and FeS under the core pressures and implication for light element in the Earth's core (2010)
  • Author(s): Sata, N., Hirose, K., Shen, G, Ohishi, Y., Hirao, N.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 115 Pages: B09204, doi : 10.1029/2009JB006975
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-temperature compression of ferropericlase and the effect of temperature on iron spin transition (2010)
  • Author(s): Komabayashi, T., Hirose, K., Sugimura, E., Sata, N., Ohishi, Y.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 297 Pages: 691-699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precise determination of post-stishovite phase transition boundary and implications for seismic heterogeneities in the mid-lower mantle (2010)
  • Author(s): Nomura, R, Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 183 Pages: 104-109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simultaneous high-pressure and -temperature volume measurements of ice VII and its thermal equation of state (2010)
  • Author(s): Sugimura, E., Komabayashi, T., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y., Dubrovinsky, L.S.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 82 Pages: 134103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deformation of MnGeO_3 post-perovskite at lower mantle pressure and temperature (2010)
  • Author(s): Hirose, K., Nagaya, Y., Merkel, S., Ohishi. Y.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 37 Pages: L20302, doi : 10.1029/2010GL044977
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermoelastic properties of ice VII and its high-pressure polymorphs : Implications for dynamics of cold slab subduction in the lower mantle (2010)
  • Author(s): Asahara, Y., Hirose, K, Ohishi, Y., Hirao, N.
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 299 Pages: 474-482
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental evidence for metal FeO with normal NiAs-type structure (2010)
  • Author(s): Ohta, K, Hirose, K., Shimizu, K., Ohishi, Y.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 82 Pages: 174120
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Measurements of electrical conductivity of lower mantle minerals (2010)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: Fall Meeting, American Geophysical Union
  • Place of Presentation: サンフランシスコ
  • Year and Date: 20101200
• [Presentation] Spin transition and iron-rich silicate melt in the deep mantle (2010)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: Fall Meeting, American Geophysical Union
  • Place of Presentation: サンフランシスコ
  • Year and Date: 20101200
• [Presentation] Perovskite and Post-perovskite in the Earth's Deep Mantle (2010)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: International Mineralogical Assembly
  • Place of Presentation: ブダペスト
  • Year and Date: 2010-08-27