2021 Fiscal Year Annual Research Report
Rheology in the Earth's inner core studied by high-pressure deformation experiments
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19H00723
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
西原 遊 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (10397036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西 真之 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (10584120)
大内 智博 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (60570504)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 地球中心核 / hcp鉄 / 高温高圧変形実験 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震波速度異方性の存在から、固体金属でできた地球の内核で大規模な流動変形が起こっていることが示唆されているが、内核での流動変形の実態は内核物質の物性の理解が不十分なためよくわかっていない。本研究では、内核の主要構成物質であるhcp鉄とその関連物質の変形実験と元素拡散実験によりhcp鉄のレオロジーをミクロな素過程から総合的に解明し、内核の異方的構造のメカニズムに迫ることを目指している。2019-2020年度には、高エネルギー加速器研究機構に設置されているD111型高圧変形実験装置および高輝度光科学研究センター(SPring-8)に設置されているD-DIA装置を用いた高温高圧変形その場観察実験を行ない、hcp鉄とその低圧相であるbcc鉄の流動則を定量的に明らかにした。2021年度は、本科研費によりSPring-8に導入された「高圧変形実験用D111型ガイドブロック」を中心に構成されるD111型高圧変形装置を用いた実験方法の最適化を進め、この装置の運用を軌道に乗せた。この装置では、従来よりも高圧力、高歪速度、大容量試料での変形実験に有利であることが実証され、さらにhcp鉄のレオロジーへの水素の影響に関する予察的な実験を始めとする様々な実験が開始されてる。いっぽうで、元素拡散実験では、鉄と鉄ニッケル合金のペアを試料として用いた高温高圧実験を行ない25 GPaまでのfcc相における拡散係数を得ている。拡散実験のここまでの結果をもとに総合的に見積もると、hcp相における拡散係数を決定するためには比較的高温でより高圧での実験が必要であることが確認された。
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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
当初の計画どおり、すでにhcp鉄の高温高圧変形実験が順調に進み23GPaまでの流動則が決定され、元素拡散実験では鉄と鉄ニッケル合金のペアを試料として用いた高温高圧実験も順調に進んでいる。また当初の計画以上の進展として、bcc鉄の流動則が高温高圧変形実験により決定され、hcp鉄のレオロジーへの水素の影響についての実験に着手したことが挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度には、実験方法が最適化されたSPring-8のD111型高圧変形装置を用いて、hcp鉄について従来より高歪速度でのレオロジーデータの取得を目指すとともに、hcp鉄のレオロジーへの水素の影響を明らかにするための実験にも取り組む。また同時に、fcc相およびhcp相における鉄-ニッケル相互拡散実験を最高50 GPaまでの高圧下で行う。拡散実験では特に、これまで実験的に明らかにされていなかったhcp相の拡散係数の測定に焦点を当てて研究を行う。
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[Journal Article] Preliminary results from the New Deformation multi-anvil press at the Photon Factory: insight into the creep strength of calcium silicate perovskite2022
Author(s)
Andrew R Thomson, Y. Nishihara, D. Yamazaki, N. Tsujino, Simon A Hunt, Y. Tsubokawa, K.N. Matsukage, T. Yoshino, T. Kubo, David P Dobson
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Journal Title
AGU, Core-Mantle Coevolution: A Multidisciplinary approach
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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