2015 Fiscal Year Research-status Report
第一原理熱力学積分法の開発と高圧含水マグマへの適用
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26400516
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 含水マグマ / 自由エネルギー / 熱力学積分法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球内部の水の存在量とその状態を明らかにすることは、地球のダイナミクスを理解するために非常に重要である。さらに、地球内部の含水物質の安定性を見積もり、相図を明らかにするためにはそれらの自由エネルギーの情報が不可欠である。本研究は第一原理電子状態計算法と熱力学積分法を組み合わせた新たな手法を用いてマグネシウムケイ酸塩‐水系の相図を明らかにし、地球深部へと水を運搬するメカニズムについて新たな知見を得ることを目的としている。本研究ではこれまで、含水物質の安定性を見積もるうえでかぎとなる水と氷の自由エネルギー計算を行ってきた。本年度は新たに計算機を追加し、大規模な第一原理分動力学シミュレーションを行うことにより、計算条件の決定や精度の検証を行ってきた。高圧高温条件下では氷は超イオン状態をとるため、第一原理熱力学積分法を行ううえで、通常の固体や液体とは異なる参照状態を考慮する必要があり、新たな手法の開発を行った。また、本理論計算の比較対照のための実験データが限られているため、相補的な計算として第一原理２相分子動力学計算により氷の融点の計算も追加して行った。付け加えて、今年度は地球内部へ水を運搬する役割を担うと考えられる新たな高密度含水マグネシウムケイ酸塩鉱物（Ｈ相）の結晶構造や弾性特性に関し理論計算を行い、国際学術雑誌に報告を行った。これらの第一原理計算の結果と地球深部を伝播する地震波速度の特徴を比較し、地球内部への水の運搬メカニズムについて包括的に議論を展開した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
熱力学積分を行う際、参照系と現実系の中間状態を離散的にサンプリングし第一原理分子動力学計算を行い、得られたエネルギーの内挿を行う必要がある。また、サンプリングする点の数と第一原理分子動力学計算の精度が誤差の原因になるため、双方の精度をあげることが必要である。すなわち第一原理分子動力学計算から信頼できるエネルギーの値を得るためには十分なシミュレーション時間が必要である。本研究がやや遅れている原因は、この精度を上げるための計算時間が必要なためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度中には計算の実行と解析を行い、精度の検証を行う。技術的な問題はほぼ解決しているので、今後はより効率的に計算を行う方法を検討したい。今回の研究結果を踏まえ、どの程度のサンプリング数が必要であるかのある程度の目安が得られ、今後の研究の展開につなげることができると期待される。
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| Causes of Carryover |
設備備品として購入したコンピューターの軽微な価格変動と、学会出張計画の変更のため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の成果発表のための国内出張に充てる予定である。
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