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地球内部の窒素分布、および初期地球における窒素同位体分別の実験的解明

Research Project

Project/Area Number 18J21771
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Petrology/Mineralogy/Economic geology
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

福山 鴻  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords窒素 / 下部マントル / 高温高圧実験 / 酸化還元状態 / bridgmanite / ferropericlase / 大気-マントル共進化 / "Missing" nitrogen / stishovite / periclase / 窒素溶解度 / スティショバイト / ブリッジマナイト / ペリクレース / 酸化還元制御 / 大気-マントル進化過程
Outline of Annual Research Achievements

本年度は今まで取り組んできた研究の一部を国際誌として報告できた他、下部マントルの主要鉱物であるbridgmanite (化学組成: (Mg, Fe)SiO3)やferropericlase (化学組成: (Mg, Fe)O)への窒素取り込み量に関する実験及び定量分析を行った。合成実験は愛媛大学地球深部ダイナミクスセンター (GRC)で行い、二次イオン質量分析法 (SIMS)による回収試料中の微量な窒素定量分析はフランスのCentre de Recherches Petrographiques et Geochimiques (CRPG)と東京大学大気海洋研究所との共同研究により行った。今年度はフランスへ渡航することはできなかったものの、前年度のうちに培った信頼関係のおかげで、日本で合成した試料をフランスに郵送することによって、2日間現地の研究者に分析してもらうことができた。
本年度の実験結果から、bridgmaniteとferropericlaseは鉄の固溶に伴い、窒素の溶解度が上昇することが本研究で分かった。bridgmaniteの窒素溶解度における鉄含有量の依存性に関する実験データは前年度に得られたbridgmaniteの窒素溶解度への温度依存性に関するデータと合わせて1本の論文にまとめるべく、現在投稿準備中である。
上記と前年度も含めた成果は国内外の学会で複数回の成果発表を行った。オンライン開催となったが、Goldschmidt2020では英語による録画での口頭発表とzoomによる質疑応答を行った。また、国際誌に掲載された成果は、東京大学、愛媛大学、広島大学でプレスリリースを行い、東京大学大学院理学系研究科・理学部のYouTubeチャンネルにて成果の解説を行うなど、アウトリーチ活動を積極的に行った。日本経済新聞では本研究で得られた成果が報道されている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] CRPG, ロレーヌ大学(フランス)

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  • [Int'l Joint Research] CRPG (フランス国立科学研究センター)(フランス)

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  • [Journal Article] High nitrogen solubility in stishovite (SiO2) under lower mantle conditions2020

    • Author(s)
      Fukuyama Ko、Kagi Hiroyuki、Inoue Toru、Kakizawa Sho、Shinmei Toru、Hishita Shunichi、Takahata Naoto、Sano Yuji
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 10897-10897

    • DOI

      10.1038/s41598-020-67621-2

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High nitrogen solubility in stishovite (SiO2) under lower mantle conditions2020

    • Author(s)
      K. Fukuyama, H. Kagi, T. Inoue, S. Kakizawa, T. Shinmei, S. Hishita, N. Takahata, and Y. Sano
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: -

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] マントルでの軽元素のふるまい2018

    • Author(s)
      鍵 裕之、福山 鴻、飯塚理子
    • Journal Title

      月刊地球(核ーマントル相互作用と共進化)

      Volume: 465 Pages: 339-344

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  • [Presentation] Increase of nitrogen solubility in ferropericlase and bridgmanite by iron incorporation under lower-mantle conditions2021

    • Author(s)
      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Sho Kakizawa, Toru Shinmei, Yuji Sano, Naoto Takahata, Shunichi Hishita, Cecile Deligny, Evelyn Furi
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会
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  • [Presentation] Nitrogen Solubility in Bridgmanite Under Lower-Mantle Conditions2020

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      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Yuji Sano, Cecile Deligny, Evelyn Furi
    • Organizer
      Goldschmidt Conference 2020
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  • [Presentation] Temperature dependence on nitrogen solubility in bridgmanite under lower mantle conditions: its role in formation of deep nitrogen reservoir through solidification of magma ocean2020

    • Author(s)
      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Yuji Sano, Cecile Deligny, Evelyn Furi
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      日本地球惑星科学連合大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 下部マントル条件下におけるbridgmanite (MgSiO3)中の窒素取り込み量への温度依存性および鉄固溶量の影響2020

    • Author(s)
      福山 鴻, 鍵 裕之, 井上 徹, 柿澤 翔, 新名 亨, 三河内 岳, 佐野 有司, Cecile Deligny, Evelyn Furi
    • Organizer
      日本鉱物科学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温高圧実験とSIMS分析から求めたbridgmanite (MgSiO3)およびpericlase (MgO)への窒素溶解度:マグマオーシャンの固化過程における窒素貯蔵庫形成2020

    • Author(s)
      福山 鴻, 鍵 裕之, 井上 徹, 柿澤 翔, 新名 亨, 菱田 俊一, 高畑 直人, 佐野 有司, Cecile Deligny, Evelyn Furi
    • Organizer
      日本地球化学会年会
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  • [Presentation] The role of stishovite as a deep nitrogen carrier indicated from high-pressure and high-temperature experiments2019

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      福山 鴻、鍵 裕之、井上 徹、新名 亨、柿澤 翔、菱田 俊一、佐野 有司、高畑 直人
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      日本地球惑星科学連合2019年大会
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  • [Presentation] Investigation of multi light elements in iron-silicate-water system using high pressure and temperature neutron experiments: Implications for the Earth's evolution2019

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      飯塚 理子、後藤 弘匡、福山 鴻、鍵 裕之
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      日本地球惑星科学連合2019年大会
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  • [Presentation] The role of stishovite as a deep nitrogen carrier indicated from high-pressure and high-temperature experiments2019

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      福山 鴻、鍵 裕之、井上 徹、新名 亨、柿澤 翔、菱田 俊一、佐野 有司、高畑 直人
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      2019年度 日本地球化学会第66回年会
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  • [Presentation] 反強磁性MnDxの高温高圧下における磁気転移2019

    • Author(s)
      町田晃彦, 青木勝敏, 齋藤寛之, 服部高典, 佐野亜沙美, 小松一生, 町田真一, 福山鴻, 舟越賢一
    • Organizer
      高圧討論会
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  • [Presentation] 高温高圧中性子回折その場観察による鉄化合物中の水素量の定量2019

    • Author(s)
      飯塚 理子, 後藤 弘匡, 市東 力, 福山 鴻, 佐野 亜沙美, 服部 高典, 舟越 賢一, 鍵 裕之
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      高圧討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] hcp FeHxの安定水素組成-温度-圧力領域2019

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      青木勝敏,福山 鴻, 柿澤 翔, 鍵 裕之, 齋藤寛之, 町田晃彦
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      高圧討論会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Nitrogen Solubility in Stishovite Under High P-T: Formation of “Hidden” Nitrogen Reservoir in the Deep Mantle via Subducting Slabs2019

    • Author(s)
      K. Fukuyama, H. Kagi, T. Inoue, S. Kakizawa, T. Shinmei, S. Hishita, N. Takahata, and Y. Sano
    • Organizer
      Goldschmidt2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behavior of Light Elements in the Earth’s Evolution: In situ High Pressure and High Temperature Neutron Observations of Iron-Silicate-Water System2019

    • Author(s)
      Iizuka-Oku R, Gotou H, Fukuyama K & Kagi H
    • Organizer
      Goldschmidt2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Neutron Diffraction Study of Crystal and Magnetic Structures of Manganese Deuteride at High Pressure2019

    • Author(s)
      K. Aoki, A. Machida, H. Saitoh, K. Fukuyama, K. Komatsu, A. Sano-Furukawa, T. Hattori, S. Machida, K. Funakoshi, T. Sato, S. Orimo
    • Organizer
      The 57th European High Pressure Research Group Meeting on High Pressure Science and Technology
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      2019 Annual Research Report
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  • [Presentation] Investigation of nitrogen incorporation into stishovite using implanted sample and outlook on deep nitrogen cycle2019

    • Author(s)
      Ko Fukuyama, Kagi Hiroyuki,Toru Inoue, Yuji Sano, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Naoto Takahata, and Shunichi Hishita
    • Organizer
      Origin, Evolution & Dynamics of the Earth & Planetary Interiors
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温高圧下におけるstishoviteへの窒素取り込み量の検討2019

    • Author(s)
      福山 鴻, 鍵 裕之, 井上 徹, 新名 亨, 柿澤 翔, 菱田 俊一, 佐野 有司, 高畑 直人
    • Organizer
      PRIUSシンポジウム
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 反強磁性 MnDxの高圧下における磁気構造と磁気転移2019

    • Author(s)
      町田晃彦, 青木勝敏, 齋藤寛之, 服部高典, 佐野亜沙美, 小松一生, 町田真一, 谷上真惟, 福山鴻, 舟越賢一
    • Organizer
      量子ビームサイエンスフェスタ
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Incorporation of nitrogen into the lower-mantle minerals under high pressure2018

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      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Naoto Takahata, and Yuji Sano
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      Japan Geoscience Union Meeting 2018
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      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Naoto Takahata, and Yuji Sano
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      The International Mineralogical Association Meeting 2018
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  • [Presentation] Incorporation of Nitrogen into the Lower-Mantle Minerals Under High Pressure and High Temperature2018

    • Author(s)
      Ko Fukuyama , ○Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Naoto Takahata and Yuji Sano
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      Goldschmidt Conference, 2018
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  • [Presentation] Incorporation of nitrogen into lower-mantle minerals from high P-T experiments under cotrolled Fe-FeO buiffer2018

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      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Toru Shinmei, Sho Kakizawa, Naoto Takahata, and Yuji Sano
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      Magmatism of the Earth and related strategic metal deposits 2018
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  • [Presentation] Behavior of light elements in the early stage of Earth’s evolution: In-situ high-pressure and temperature2018

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  • [Presentation] 高温高圧実験による下部マントル鉱物への窒素の取り込みの検討2018

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      福山 鴻, 鍵 裕之, 井上 徹, 柿澤 翔, 新名 亨, 高畑 直人, 佐野 有司
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      日本鉱物科学会2018年会
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      TIA かけはしプロジェクトH30年度第一回研究会
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  • [Presentation] マントル深部鉱物への窒素の溶解度:現状と問題点など2018

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      部科学省 新学術領域研究核-マントルの相互作用と共進化合同班会議
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  • [Presentation] 高温高圧実験による下部マントル鉱物への窒素取り込み量の検討及び地球深部窒素循環に対する考察2018

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      町田晃彦, 青木勝敏, 齋藤寛之, 服部高典, 佐野亜沙美, 小松一生, 町田真一, 谷上真惟, 福山鴻, 舟越賢一
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  • [Presentation] 高温高圧実験による下部マントル鉱物への窒素取り込み量の検討及び地球深部窒素循環に対する考察2018

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      福山 鴻, 鍵 裕之, 井上 徹, 佐野 有司, 柿澤 翔, 新名 亨, 高畑 直人, 菱田 俊一
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      金属材料研究所ワークショップ
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      https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2020/6917

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  • [Remarks] 研究室の扉「地球超深部と大気の共進化」鍵裕之教授、福山鴻さん

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      https://www.youtube.com/watch?v=oX8gSbVRcfE

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  • [Remarks] 東大・広島大・愛媛大、二酸化ケイ素が地球表層の窒素を地球超深部へ運ぶことを発見

    • URL

      https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP537044_S0A700C2000000/

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      2020 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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