氷衛星内部海と氷火山活動解明に向けた塩水溶液の物性測定技術の開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K21890
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鈴木 昭夫 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20281975)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 衛星内部海 / 氷火山 / 塩水溶液 / 高圧力 / 粘度

Outline of Annual Research Achievements

太陽系の外惑星領域では、表層が氷に覆われた衛星が数多く存在する。氷は水に浮くため、表層が凍っていても内部には融けた領域が存在する可能性があり、内部海と呼ばれている。人工衛星による観測などによって、内部海が存在すると考えられているものにエウロパやエンセラダスなどがあるが、このうちエンセラダスでは内部海の物質が噴き上がる様子が観測されている。この様な噴出活動は氷火山と呼ばれている。さて、この様な内部海の物質は純粋な水ではなく、塩類が溶け込んだ塩水であると考えられている。衛星内部は高圧力の環境であるので、塩水の物性を高圧力下で調べることは内部の分化や氷火山活動を理解するうえで重要である。本研究課題は、物性測定のための技術開発を行うことを目的としている。2020年度は高圧顕微鏡セルを導入し、本研究の圧力範囲では比較的低い側の圧力で精密な圧力制御と正確な粘度および圧力測定ができるようにした。これにより、ダイヤモンドアンビルセルを使用した高圧側での実験との整合性を確認できるようになった。また、高圧セルを取り付ける回転ステージをPCでコントロールできるようにした。その結果、落球粘度測定の繰り返し実験が効率よく行えるようになった。さらに、冷却水循環水路の断熱性を改良して実験下限温度を下げることに成功した。以上の装置開発によって、氷衛星内部環境の高圧力下で衛星内部海の塩水溶液の粘度測定を可能にした。また、この装置を使用して実際に硫酸マグネシウム水溶液などの衛星内部海物質の粘度測定を行った。

Research Products

• [Journal Article] Elastic properties and structures of pyrope glass under high pressures (2021)
  • Author(s): Hisano Naoki、Sakamaki Tatsuya、Ohashi Tomonori、Funakoshi Ken-ichi、Higo Yuji、Shibazaki Yuki、Suzuki Akio
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: 106 Pages: 7～14
  • DOI: 10.2138/am-2020-7410
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A unique multianvil 6?6 assembly for a cubic-type multianvil apparatus (2021)
  • Author(s): Fuchizaki Kazuhiro、Wada Tomoyuki、Naruta Hiroki、Suzuki Akio、Irino Kazuo
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 92 Pages: 025117～025117
  • DOI: 10.1063/5.0039306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of basaltic glass at pressures of up to 18 GPa (2021)
  • Author(s): Ohashi Tomonori、Sakamaki Tatsuya、Funakoshi Ken-ichi、Hattori Takanori、Hisano Naoki、Abe Jun、Suzuki Akio
  • Journal Title: American Mineralogist Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.2138/am-2021-7742
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of sulfur on sound velocity of liquid iron under Martian core conditions (2020)
  • Author(s): Nishida Keisuke、Shibazaki Yuki、Terasaki Hidenori、Higo Yuji、Suzuki Akio、Funamori Nobumasa、Hirose Kei
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: 1954
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15755-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of alkali and alkaline-earth cations on the high-pressure sound velocities of aluminosilicate glasses (2020)
  • Author(s): Aoki Koji、Sakamaki Tatsuya、Ohashi Tomonori、Ikeda Osamu、Suzuki Akio
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 47 Pages: 28
  • DOI: 10.1007/s00269-020-01098-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The sound velocity of w?stite at high pressures: implications for low-velocity anomalies at the base of the lower mantle (2020)
  • Author(s): Tanaka Ryosuke、Sakamaki Tatsuya、Ohtani Eiji、Fukui Hiroshi、Kamada Seiji、Suzuki Akio、Tsutsui Satoshi、Uchiyama Hiroshi、Baron Alfred Q. R.
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 7 Pages: 23
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00333-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure and Density of H2O‐Rich Mg2SiO4 Melts at High Pressure From Ab Initio Simulations (2020)
  • Author(s): Yuan Liang、Steinle‐Neumann Gerd、Suzuki Akio
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 125 Pages: e2020JB020365
  • DOI: 10.1029/2020JB020365
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Pressure-induced structural change of basaltic glass up to 18 GPa (2021)
  • Author(s): Ohashi, T., Sakamaki, T., Funakoshi, K., Hattori, T., Hisano, N., Abe, J. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Density of Fe2O3-bearing magma under high pressure (2021)
  • Author(s): Ban, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Viscosity of aqueous MgSO4 solutions at high-pressure and low-temperature: implications for icy satellites (2021)
  • Author(s): 野崎舜介，鎌田誠司，鈴木昭夫
  • Organizer: 第22回月惑星研究会
• [Presentation] Viscosity of aqueous MgSO4 solutions at high-pressure and low-temperature: implications for icy satellites (2021)
  • Author(s): 野崎舜介，鎌田誠司，鈴木昭夫
  • Organizer: 第4回水惑星学全体会議
• [Presentation] 月の溶岩の粘度 (2021)
  • Author(s): 渡邉隆二，後藤章夫，鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] 硫酸マグネシウム水溶液の低温高圧における粘性測定：氷衛星内部流体に関する考察 (2021)
  • Author(s): 野崎舜介，鎌田誠司，鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] β-CrOODの水素結合配置の温度圧力依存性 (2021)
  • Author(s): 市東力，鍵裕之，佐野亜沙美，柿澤翔，小松一生，飯塚理子，青木勝敏，阿部淳，町田真一，齊藤高志，神山崇，古川登，鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] ε-FeOOHの弾性波速度に対する圧力誘起鉄スピン転移の影響 (2021)
  • Author(s): 池田理，坂巻竜也，福井宏之，内山裕士，Baron Alfred，鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Density measurement of silicate melt by the buoyancy test under high pressure (2021)
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Phase transition of M3+OOH-type oxyhydroxides under high pressure (2021)
  • Author(s): 鈴木昭夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Nitrogen contents and nitrogen isotope fractionation in subduction zones (2020)
  • Author(s): Melai, C., Frost, D.J., Furukawa, Y., Ishida, A. and Suzuki, A.
  • Organizer: Goldschmidt Virtual 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Longitudinal wave velocity of sodium aluminosilicate melt at high pressure (2020)
  • Author(s): Sakamaki, T., Aoki, K., Ikeda, O., Katayama, H., Higo, Y. and Suzuki, A.
  • Organizer: Goldschmidt Virtual 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Light elements in iron-hydrous silicate system: Searching for core formation process using in-situ high-pressure and high-temperature neutron and X-ray observations (2020)
  • Author(s): Iizuka-Oku, R., Gotou, H., Shito, C., Kagi, H. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Density of Fe3+-bearing magma at high pressure (2020)
  • Author(s): Ban, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase boundary and kinetics of moganite-coesite phase transition at high-pressure and high-temperature: implications for an impact event and trace of water on the Moon (2020)
  • Author(s): Ozawa, S., Kayama, M., Sakamaki, T., Ohashi, T. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-pressure and -temperature experiments simulating the lunar KREEP layer and constraint on its water content (2020)
  • Author(s): Muranushi, M., Kayama, M., Miyamoto, T., Kamada, S., Nagaoka, H and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure and density of H2O-rich Mg2SiO4 melts at high pressure from ab initio simulations (2020)
  • Author(s): Steinle-Neumann, G., Yuan, L. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Semi-brittle behavior of lawsonite in high pressure deformation experiments (2020)
  • Author(s): Shiraishi, R., Muto, J., Tsunoda, A., Sawa, S. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of water on the structure of sodium silicate melts under pressure (2020)
  • Author(s): Ohashi, T., Sakamaki, T., Funakoshi, K., Muranushi, M., Shito, C., Ikeda, O., Shibazaki, Y. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-PT neutron diffraction experiments on guyanaite: Pressure-temperature dependence of hydrogen bonding in hydrous minerals (2020)
  • Author(s): Shito, C., Kagi, H., Sano-Furukawa, A., Kakizawa, S., Komatsu, K., Aoki, K., Iizuka-Oku, R., Machida, S., Furukawa, N. and Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Density measurement of magmas under high pressure by the sink/float method (2020)
  • Author(s): Suzuki, A.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] D111型装置を用いた一軸圧縮変形場におけるMg2SiO4オリビン－スピネル相転移の放射光その場観察 (2020)
  • Author(s): 森悠一郎，久保友明，小泉早苗，西原遊，鈴木昭夫
  • Organizer: 第61回高圧討論会
• [Remarks] 量子ビーム地球科学研究室
  • URL: http://epms.es.tohoku.ac.jp/QuEST/