2016 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding the solid solution effects of iron on the thermoelasticity and thermal conductivity of the lower mantle minerals
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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, 講師 (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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度まで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ポスト・ペロブスカイト相平衡への鉄・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。その結果3価鉄を含む場合のみ相転移境界における2相共存領域が有意に拡大することが分かった。
蓄積した相平衡データに基づき下部マントル最深部において地震学的に観測されるD"地震波不連続面の地域性（正の速度ジャンプを伴うD"不連続面は環太平洋地域下部では明瞭に検知されるのに対し、中央太平洋及びアフリカ下部でははっきりと観測されない）の解釈を行うと、環太平洋下部は比較的還元的で2価鉄が多いのに対し、中央太平洋及びアフリカ下部は酸化的で3価鉄が豊富である可能性が指摘される。前年度までに地球下部マントル深部には相当量の3価鉄が含まれている可能性を報告したが、今回の結果によりさらに酸化還元状態に不均質性が存在する可能性があるという新しい概念を導くに至った。
一方、格子熱伝導率への鉄及び水固溶効果についても、非調和格子動力学法と内部無撞着LDA+U法を組み合わせた独自手法の開発を完了させ実証計算を進めた。単純な結晶構造を有するペリクレースにまず適用した結果、鉄固溶が熱伝導率を大きく低下させる効果を持つことがわかった。これにより今後2価鉄及び3価鉄の格子熱伝導率に対する固溶効果の計算が可能となり、化学不均質性に起因するマントル最深部の熱特性の不均質性の研究が可能となった。またこれらの手法を用い鉄水酸化物の新たな高圧安定相の発見に成功した。
これらの成果を総括し国内外の学研究会で発表するとともに、論文にまとめて学術雑誌において公表した。また日本地球惑星科学連合西田賞に内定1件が決定した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] J. Tsuchiya2016
Author(s)
High pressure transition of FeOOH in the lower mantle
Organizer
Deep Carbon Observatory Extreme Physics and Chemistry Group 2016 Workshop
Place of Presentation
Stanford University (Stanford, USA)
Year and Date
2016-11-12 – 2016-11-12
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
日本鉱物科学会年会
Place of Presentation
金沢大学（石川県金沢市）
Year and Date
2016-09-25 – 2016-09-25
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