2020 Fiscal Year Annual Research Report
高圧実験と地球化学の複合アプローチから地球深部酸化還元状態進化を探る
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19H01989
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
新名 良介 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (00769812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯塚 毅 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70614569)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 地球内部 / マントル / 酸化還元状態 / 高温高圧実験 / ダイヤモンドアンビルセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に立ち上げた高温高圧力下その場ラマン散乱測定を行うための分析装置と、それに適合した高温高圧実験装置を用いて、マントル物質の酸化還元状態を理解するための実験的研究を推進した。当該年度に得られた成果として、隕石中の衝撃脈内に新たな新鉱物を発見することができ、既に国際誌に投稿した。この新しく発見されたケイ酸塩鉱物と、以前私たちのグループが発表した、酸化鉄の新しい高圧相との関連が明らかになり、酸化還元状態と地球惑星マントルの構造を知る上で、これまで予期されていなかった、新しい知見を得られると期待される。また、投稿準備中の段階ではあるが、マントル深部に存在する可能性のある高圧酸化鉄相の様々な物性を新たに測定した。磁化率、比熱、電気伝導度を従来よりも低温で測定することができた。また、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、高圧酸化鉄の電気伝導度を高圧力下その場測定した。未だ測定されたことのない領域での測定に成功した。
当該年度に発表できた成果としては、マントル鉱物の高圧力下における結晶構造、相関係や物性に関する実験的な研究を国際誌に発表する事ができた。ドイツシンクロトロン放射光施設において行った高温高圧下その場分析を行うための技術開発に関連する成果も国際誌に発表した。液体鉄合金の高圧力下における地震波速度を決定することで、現在の核に含まれるケイ素含有量の制約に取り組んだ成果を国際誌に発表した。マントル主要構成鉱物の圧縮性に関する成果も国際誌に発表した。アメリカ地球物理学会(AGU)発行の書籍に、地球核の軽元素に関する総説を投稿した。
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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
既に立ち上げた、高温高圧力下その場ラマン散乱測定を行うための分析装置と、それに適合した高温高圧実験装置を用いて、マントルの酸化還元状態に関する研究を推進した。外熱式ダイヤモンドアンビルセル用のヒーターや、断熱パーツを改良しすると同時に、断熱とヒーター保護のための真空チャンバーをダイヤモンドアンビルセル実験に最適化した上で実験をした。未だ発生温度の目標は達成できていないものの、高温高圧力下その場ラマン散乱測定を行うことができた。立ち上げた装置を用い、マントル深部に存在する可能性のある高圧酸化鉄相の様々な物性を測定した。磁化率、比熱、電気伝導度を低温常圧力下で測定した。また、ダイヤモンドアンビルセルを用いて電気伝導度を高圧力下その場測定した。得られた結果から、マントル内部での電気伝導度異常領域と、高酸素雰囲気異常との関連を議論することができると期待される。また、今年度推し進めた研究の結果、隕石中の衝撃脈内に新たな新鉱物を発見することができた。高圧下で安定なこの新しいケイ酸塩鉱物は、以前私たちのグループが発見した、高圧力下でのみ安定な酸化鉄の結晶構造と非常に良く似ていることが明らかになった。従来見過ごされてきた酸化鉄とケイ酸塩鉱物の間に隠された関係性に新たに光をあてる発見である。酸化還元状態と地球惑星マントルの構造を知る上で、新しい知見を得られると期待される。また、マントル深部に存在する可能性のある高圧酸化鉄相の様々な物性を、未だ測定されたことのない温度圧力領域で新たに測定した。得られた結果から、マントルの電気伝導度異常領域と、酸化還元状態異常との関係が明らかになると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、立ち上げを完了した装置を用い、地球深部酸化還元状態を実験から推定する研究を遂行する。立ち上げが完了した外熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いて、より高い温度領域においてその場測定を行うために、引き続き装置の改良を行う。また、前年度までに準備が完了したSPring-8における外熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた実験を行う。より高い温度発生を目指すために、必要に応じて真空排気システムや冷却システムを構築する。その際は共有装置であるX線回折測定装置群と干渉しないかを入念に確認しながらその場測定を目指す。昨年度得られた成果として、高圧酸化鉄とマントルシリケイトの間に、これまで予期されていなかった関係が示差された。この新しい発見を受けて、高圧酸化鉄とシリケイトの間で高温高圧安定相関係を決定する研究を新たに推進したい。また、昨年度推進が難しかった地球化学的な分析を推進することに注力をする。微小な回収試料に最も適した分析装置を模索するとともに、精度や再現性を改善する方法と、試料汚染を防ぐための方法を模索する
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