2016 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
25220712
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Research Institution | Ehime University |
Principal Investigator |
入舩 徹男 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80193704)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大藤 弘明 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80403864)
境 毅 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90451616)
西 真之 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (10584120)
肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (10423435)
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Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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Keywords | 下部マントル / 弾性波 / 元素分配 / 相転移 / 超高圧実験 |
Outline of Annual Research Achievements |
昨年度40GPa領域の圧力発生を確認した新型超硬アンビルを用い、高温発生試験を行った。しかし高温下で圧力の低下が大きいことが判明し、試料加熱部のデザインに大幅な変更が必要であることが明らかになった。一方で、焼結ダイヤモンドアンビルを用いたより高い圧力下での精密測定技術の開発、特にアンプ及びデータ収集方法の改良や、新たに導入したデジタル波形発生装置等の活用の結果、この圧力領域においても十分に解析可能な超音波データを収集できることが確認された。 これまでに30GPa領域の圧力下で、下部マントルの温度での弾性波速度精密測定が可能になったが、この新しい技術に関する論文の執筆を行った。また、MgSiO3ブリッジマナイト及びCaSiO3ペロブスカイトの下部マントルに条件下での弾性波速度測定結果に関しても、論文としての取り纏めを行いつつある。ガーネットに関してはほとんどすべての端成分に対する測定を終了し、論文として公表済みであるが、その過程で「透明ナノセラミックス」とも称されるべき、透明ナノ多結晶ガーネットの合成に成功した(Irifune et al., Nat. Comun. 2016)。当初予定していなかった成果であるが、今後地球科学のみならず材料科学においても重要となると思われる。 一方で、焼結ダイヤモンドを用いた60GPa領域での実験において、2300K程度高温での長時間加熱とX線その場観察実験技術の確立を行った。この技術に基づき特にMgSiO3-FeSiO3系、沈み込むスラブ関連物質に関して新たな成果が得られるとともに、Al2SiO5の新しい高圧相を発見した。コンドライト試料を用いた50GPa領域までの融解・元素分配実験の結果も取り纏めつつあるとともに、新たに塩素などの揮発性元素も含めた分配の圧力依存性に関する実験を行い、大気・海洋とマントル深部物質との相互作用に関する研究も行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
下部マントル上部領域に対応する高温高圧下での弾性波速度測定技術の開発は当初の予定通り達成され、この領域に存在すると想定される鉱物高圧相の弾性波速度測定もほぼ終了した。また、複雑な化学組成を持つパイロライト等の化学組成に対しても、整合性を確かめるための測定が進んでいる。これらの成果の一部は既に論文として公表されているとともに、現在も執筆あるいは執筆準備中であり、次年度中には発表が可能であると想定される。 焼結ダイヤモンドを用いた下部マントル深部領域での高温発生技術の開発も当初の予定どおり進んでおり、下部マントル物質及び沈み込むスラブ関連物質の下部マントル条件下での相関係精密実験や、コンドライトの溶融・元素分配実験に関しても新たな成果が上がっている。 NPDを用いたマルチアンビル装置による超高圧発生は、大型合成装置の不具合により当初の目標である130GPa程度の圧力発生には至らなかったが、本年度はこれまでの限界を大きく打破する90GPaの発生を達成し、焼結ダイヤモンドに対するNPDの大きな優位性を示すことができた。また、NPD合成の手法を用いた超高圧合成により、弾性波速度測定試料を合成する過程で、新しい透明ナノセラミックスの合成に成功したことは、予期しなかった重要な成果として特筆に値する。
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Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終年度である本年度は、弾性波速度測定に関してはより複雑な化学組成を持つMgSiO3-FeAlO3系ブリッジマナイトに対して、下部マントル上部に対応する圧力下での測定を行い、下部マントルの化学組成に対してより強い制約を与える予定である。また、これまでの成果を論文として取り纏める際に必要な追加実験を、とりわけパイロライト組成の物質に対して行うとともに、コンドライト組成の融解・元素分配実験に関しても取り纏めに必要な追加実験を行う。また、焼結ダイヤモンド及びNPDを利用したより高い圧力での弾性波測定技術の開発を行い、今後の下部マントル中部~最深部の化学組成解明に向けた実験的研究のための準備を開始する。 一方で、本研究の過程で得られた世界初の「透明ナノセラミックス」である透明ナノ多結晶ガーネットは、地球深部科学への応用以外にも新たな光学材料等としての可能性を秘めている。本研究成果に基づく新たな発展として、その生成過程のX線その場観察やTEM観察に基づく解明や、微量元素をドープした透明ナノ多結晶ガーネットの合成を試みる。得られた試料の光学特性や機械的特性を評価し、透明ナノセラミックスの応用も視野に入れた試験的研究を開始する。これに基づき、超高圧材料科学とも称される分野の創成を念頭に置いた新たな研究の展開を図る。
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Research Products
(80 results)
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[Journal Article] Water-bearing, high-pressure Ca-silicates2017
Author(s)
Nemeth, P., Leinenweber, K., Ohfuji, H., Groy, T., Domanik, K.J., Kovacs, I.J., Kovacs, J.S. and Buseck, P.R.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: in press
Pages: in press
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Precipitates within olivine phenocrysts in oxidized andesitic scoria from Kasayama volcano, Hagi, Yamaguchi Prefecture, Japan2017
Author(s)
Ejima, T., Yamada, M., Akasaka, M., Ohfuji, H., Kon, T., Nagashima, M. and Nakamuta, T.
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Journal Title
J. Miner. Petrol. Sci.
Volume: in press
Pages: in press
Peer Reviewed
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[Journal Article] Synthesis of Al2O3/SiO2 nano-nano composite ceramics under high pressure and its inverse Hall-Petch behavior2017
Author(s)
Gaida, N.A., Nishiyama, N., Masuno, A., Holzheid, A., Ohfuji, H., Schurmann, U., Szillus, C., Kulik, E., Bednarcik, J., Beermann, O., Giehl, C. and Kienle, L.
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Journal Title
J. Am. Ceram. Soc.
Volume: 100
Pages: 323-332
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Bridgmanite-like crystal structure in the novel Ti-rich phase synthesized at transition zone condition2017
Author(s)
Bindi, L., Sirotkina, E., Bobrov, A., Walter, M., Pushcharovsky, D. Y. and Irifune, T.
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Journal Title
Am. Mineral.
Volume: 102
Pages: 227-231
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Grain growth of ε-iron: Implications to grain size and its evolution in the Earth’s inner core2017
Author(s)
Yamazki, D., Tsujino, N., Yoneda, A., Ito, E., Yoshino, T., Tange, Y. and Higo, Y.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: 459
Pages: 238-243
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] P-V-T equation of state of CaCO3 aragonite to 29 GPa and 1673 K: In situ X-ray diffraction study2017
Author(s)
Litasov, K.D., Shatskiy, A., Gavryushkin, P.N., Bekhtenova, A.E., Dorogokupets, E., P.I., Danilov, B.S., Higo, Y., Abdirash, Akilbekov, T. and Inerbaev, T.M.
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Journal Title
Phys. Earth Planet. Inter.
Volume: 265
Pages: 82-91
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 to 52 GPa and 2000K2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T. and Shinmei, T.
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Journal Title
Phys. Earth Planet. Inter.
Volume: 257
Pages: 18-27
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Local structure and spin transition in Fe2O3 hematite at high-pressure2016
Author(s)
Sanson, A., Kantor, I., Cerantola, V., Irifune, T., Carnera, A. and Pascarelli, S.
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 94
Pages: 014112
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Novel diamond anvil cell for electrical measurements using boron-doped metallic diamond electrodes2016
Author(s)
Matsumoto, R., Sasama, Y., Fujioka, M., Irifune, T., Tanaka, M., Yamaguchi, T., Takeya, H. and Takano, Y.
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Journal Title
Rev. Sci. Instrum.
Volume: 87
Pages: 076103
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The α→ω phase transformation in zirconium followed with ms-scale time-resolved X-ray absorption spectroscopy2016
Author(s)
Dewaele, A., Andre, R., Occelli, F., Mathon, O., Pascarelli, S., Irifune, T. and Loubeyre, P.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 237-249
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Creep strength of ringwoodite measured at pressure-temperature conditions of the lower part of the mantle transition zone using a deformation-DIA apparatus2016
Author(s)
Kawazoe, T., Nishihara, Y., Ohuchi, T., Miyajima, N., Maruyama, G., Higo, Y., Funakoshi, K. and Irifune, T.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: 454
Pages: 10-19
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] In situ characterization of liquid network structures at high pressure and temperature using X-ray absorption spectroscopy coupled with the Paris-Edinburgh press2016
Author(s)
Rosaa, A. D., Pohlenzb, J., De Grouchyc, C., Cochaind, B., Konoe, Y., Pasternaka, S., Mathona, O., Irifune, T. and Wilkeg, M.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 332-347
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Sound velocities of aluminum-bearing stishovite in the mantle transition zone2016
Author(s)
Greaux, S., Kono, Y., Wang, Y., Yamada, A., Zhou, C., Jing, Z., Inoue, T., Higo, Y., Irifune, T., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Geophys. Res. Lett.
Volume: 43
Pages: 4239-4246
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Combined x-ray absorption and xray diffraction under high pressure2016
Author(s)
Itie, J. P., Polian, A., Baudelet, F., Mocuta, C., Thiaudiere, D., Fonda, E. and Irifune, T.
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Journal Title
High Pres. Res.
Volume: 36
Pages: 479-492
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Probing the local, electronic and magnetic structure of matter under extreme conditions of temperature and pressure2016
Author(s)
Torchio, R., S.,Boccato, S., Cerantola, V., Morard, G., Irifune, T. and Kantor, I.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 293-302
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Pressure-induced nano-crystallization of silicate garnets from glass2016
Author(s)
Irifune, T., Kawakami, K., Arimoto, T., Ohfuji, H., Kunimoto, T., and Shinmei, T.
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Journal Title
Nature Commun.
Volume: 7
Pages: 13753
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Preferential dissolution of SiO2 from enstatite to H2 fluid under high pressure and temperature2016
Author(s)
Shinozaki, A., Kagi, H., Hirai, H., Ohfuji, H., Okada, T., Nakano, S. and Yagi, T.
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Journal Title
Phys. Chem. Miner.
Volume: 43
Pages: 277-285
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Towards a consensus on the pressure and composition dependence of sound velocity in the liquid Fe-S system2016
Author(s)
Nishida, K., Suzuki, A., Terasaki, H., Shibazaki, Y., Higo, Y., Kuwabara, S., Shimoyama, Y., Sakurai, M., Ushioda, M., Takahashi, E., Kikegawa, T., Wakabayashi, D. and Funamori, N.
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Journal Title
Phys. Earth Planet. Inter.
Volume: 257
Pages: 230-239
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Mantle dynamics inferred from the crystallographic-preferred-orientation of bridgmanite2016
Author(s)
Tsujino, N., Nishihara, Y., Yamazaki, D., Seto, Y., Higo, Y. and Takahashi, E.
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Journal Title
Nature
Volume: 539
Pages: 81-84
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Study of magma ocean processes by high pressure melting experiments on natural chondrites2017
Author(s)
Greaux, S., Tateno, S., Nishi, M., Tange, Y., Irifune, T. and Maruyama, S.
Organizer
5th ELSI International Symposium
Place of Presentation
Tokyo Institute of Technology (Tokyo・Meguro)
Year and Date
2017-01-11 – 2017-01-13
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[Presentation] Development of rotational diamond anvil cell for ultra-high pressure deformation experiments2016
Author(s)
Azuma, S., Nomura, R., Nakashima, Y., Uesugi, K., Shinmei, T. and Irifune, T.
Organizer
AGU Fall Meeting 2016
Place of Presentation
San Francisco (USA)
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-pressure rotational deformation apparatus to 135 GPa2016
Author(s)
Nomura, R., Azuma, S., Uesugi, K., Nakashima, Y., Irifune, T. and Shinmei, T.
Organizer
2016 International Conference on the Earth's Deep Interior
Place of Presentation
Wuhan (China)
Year and Date
2016-11-04 – 2016-11-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] FeOOHの高圧相転移2016
Author(s)
土屋旬,土屋卓久,西真之,桑山靖弘
Organizer
日本鉱物科学会2016年年会・総会
Place of Presentation
金沢大学(石川県・金沢市)
Year and Date
2016-09-23 – 2016-09-25
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[Presentation] Sub-millisecond time-resolved XAS as a probe of the dynamics of structural phase transitions2016
Author(s)
Pascarelli, S., Dewaele, A., Mathon, O., André, R., Occelli, F., Irifune, T. and Loubeyre, P.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure of molten 3d metals under extreme conditions of pressure and temperature by means of X-ray absorption spectroscopy2016
Author(s)
Boccato, S., Torchio, R., Kantor, I., Mathon, O., Trapananti, A., D'Angelo, P., Anzellini, S., Morard, G., Giampaoli, R., Smareglia, A., Irifune, T. and Pascarelli, S.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 in the lower mantle2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T., Shinmei, T., Katsura, T., Ishii, T., Fei, H. and Wang, L. L.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Na-Bearing phases in the deep transition zone and lower mantle: composition, structural features and Na transport to the deep earth2016
Author(s)
Tamarova, A., Bindi, L., Bobrov, A., Sirotkina, E., Tschauner, O., Walter, M. J. and Irifune, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 to 52 Gpa and 2000 K2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T. and Shinmei, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Behavior of al-bearing hydrous bridgmanite at high pressure2016
Author(s)
Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Tange, Y. and Higo, Y.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Creep strength of ringwoodite measured up to 1700 K at 17-18 Gpa using a deformation-dia apparatus2016
Author(s)
Kawazoe, T., Nishihara, Y., Ohuchi, T., Miyajima, N., Maruyama, G., Higo, Y., Funakoshi, K. and Irifune, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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