2015 Fiscal Year Annual Research Report
下部マントル鉱物の熱弾性特性及び熱伝導特性に対する鉄固溶効果の解明
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26287137
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
土屋 卓久 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70403863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 旬 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (00527608)
出倉 春彦 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (90700146)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 熱弾性特性 / 熱伝導特性 / 鉄固溶効果 / 下部マントル組成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度に開発したシミュレーション手法を固溶原子の酸化状態、置換形式、スピン状態及び濃度が異なる種々の条件に適用し、下部マントル主要鉱物であるブリッジマナイトの弾性特性への鉄・アルミニウム・水の固溶効果及びその温度圧力依存性を系統的に調べた。蓄積した高温高圧弾性データを温度・圧力・組成の関数としてまとめ、データベース化した。これをもとに地震学的に得られている下部マントルの密度・P波速度・S波速度・体積弾性波速度の観測値を、すべて同時に再現するような岩石鉱物モデルの探索を行い、パイロライト組成が下部マントルの平均化学組成としてふさわしいことを見出した。得られた成果をまとめて国内外の学研究会で発表するとともに、論文を作成し地球科学における高プロファイルジャーナルであるNature Geoscience誌等において公表した。またウェブサイトやメディアを通じて一般に向けても広く成果の発信を行った。
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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
当初計画通り、下部マントル主要鉱物の熱弾性特性への鉄固溶効果等の定量計算を実行することができた。さらに膨大な計算結果を取りまとめてデータベース化し、それに基づき最終年度に予定していた下部マントルの岩石鉱物モデルの構築を前倒して実行した。得られた結果を国内外の学研究会で発表するとともに論文としてまとめNature Geoscience誌において公表することができた。また下部マントル及び核の弾性特性、熱伝導特性に基づき下部マントル及び核の標準的な熱特性について考察し、取り纏めた結果を著書（分担執筆）として公表することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
有限温度自由エネルギーの計算結果を用いてポスト・ペロブスカイト相平衡やブリッジマナイト－フェロペリクレース間の鉄分配係数を計算し、下部マントル岩石鉱物モデルを精密化する。この際、高圧実験により示唆されているブリッジマナイト中の電荷不均化反応の可能性についても検証を行う。得られた結果と沈み込んだ地殻物質の熱弾性特性に関する過去の研究結果を比較し、地震波トモグラフィーなどにより観測されている下部マントルの不均質構造や核マントル境界に存在する超低速度層の物質科学的解釈を行う。これらと熱伝導特性の計算結果を組み合わせ、下部マントルの熱特性や核－マントル熱流量の推定を行い、マントルダイナミクスについて考察する。
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| Causes of Carryover |
基盤研究設備として並列計算機の追加計算ノードを購入したが、当初予定に比べ低価格で購入することができた。また、十分な論文出版費を計上していたが、出版費を課さない雑誌にも投稿を行ったため予定額をすべて使用しなかった。これらにより次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究では大規模数値計算を常時継続して実行する必要がある。しかしながら、計算機のほぼすべてのリソースを定常的に使用する高負荷稼働はハードウェアの急速な劣化を伴う。そこで追加計算ノードを購入し、本研究遂行のために必要となる計算機資源の確保に努める。
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[Journal Article] Constraints on Earth's inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-iron in extreme conditions2016
Author(s)
T. Sakamaki, E. Ohtani, H. Fukui, S. Kamada, S. Takahashi, T. Sakairi, A. Takahata, T. Sakai, S. Tsutsui, D. Ishikawa, R. Shiraishi, Y. Seto, T. Tsuchiya, and A. Q. R. Baron
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Journal Title
Science Advances
Volume: 2
Pages: e1500802
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] フェロペリクレースのフォノン軟化2015
Author(s)
福井宏之, バロン アルフレッド, 土屋卓久, 芳野極, 小林寿夫, 大石泰生
Organizer
第56回高圧討論会
Place of Presentation
JMSアステールプラザ （広島県広島市）
Year and Date
2015-11-12 – 2015-11-12
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