2021 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 |
昨年度までに立ち上げた高温高圧力下その場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研究業績として、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、マントル深部に存在する可能性のある高圧酸化鉄相の電気伝導度を高圧力下その場測定した結果を、国際学術論文として発表できた。未だ測定されたことのない領域での測定に成功することができた。得られた結果から、地球深部における酸化還元状態異常が、高電気伝導度異常領域として観測される可能性があることを明らかにした。また、高圧酸化鉄相の磁化率、比熱、電気伝導度を従来よりも広い温度領域で測定することにも成功し、その結果は現在投稿準備中である。その他、当該年度に発表できた成果としては、地球核の軽元素を実験的に制約する技術的な手法に関する総説記事をアメリカ地球物理学会(AGU)発行の書籍に投稿し、その後受理された。また、大型放射光施設SPring-8においてビームライン担当研究者と共同研究を推進し、高速X線回折測定と、瞬間レーザー加熱を組み合わせた新しいシステムを用いた実験に成功した。これまでになく精密に短時間加熱を制御できるようになったことで、超高圧力下においても反応速度論に基づく物質反応プロセスに関する研究が推進できる環境が整った。新しい実験手法の枠組みが整ったことで、実験を容易に繰り返すことができるようになり、地球惑星内部や小天体衝突時における反応プロセスの更なる理解につながると期待される。
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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
既に立ち上げた、高温高圧力下その場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。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、電気伝導度を幅広い温度圧力条件下で測定した。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た。地球深部において観測される高電気伝導度異常は、ごく微量の酸化鉄相でも説明されうることが分かった。当初からの研究目標である地球深部の酸化還元状態異常に関する議論が進展した。また、SPring-8においてビームライン研究者との共同研究を推進し、高速X線回折測定と、瞬間レーザー加熱を組み合わせた新しい高温高圧実験システムの立ち上げを完了させることができた。この新しいシステムを活用することで、計画の狙いである、地球惑星内部における酸化還元状態とその進化を理解する研究が一層進展すると期待される。また、今年度推し進めた研究の結果、回収試料に対し地球化学的分析を行い、同位体分別係数を決定するには、これまでになく高い空間分解能をもった質量分析装置が必要であることが明らかになった。より空間分解能が高い測定装置を試用することを新たに計画した。
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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、今年度得られた成果である、高温下で安定な新奇シリケイト相の発見を受けて、地球惑星深部における高圧酸化鉄とシリケイト間の安定相関係を決定する研究を新たに推進したい。それには今年度SPring-8において新たに立ち上げが完了した、極短時間レーザー加熱＋その場測定同期システムが活用できる。従来の手法と比べ、加熱時間の厳密な制御が可能となることで、これまで難しかった温度履歴の再構築が容易になる。そのため、困難を伴うことの多かった融解組織の解釈が、より確固としたものとなり、融解相関係を明らかにする研究に役立つと期待される。当初は計画していなかった実験手法であるが、当初来の目的である酸化還元状態を含む地球惑星マントルの構造と化学進化を知る上で、新しい知見を得られると期待される。また、空間分解能がより高いとされる装置を試用し、地球化学的な分析を高圧力回収試料に対して行えないか試みる。同時により出力性能の高い加熱装置を用いることで試料を大容量化できないかも引き続き挑戦する。
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