電場で岩石の粒成長、粘性率は変わるのか？

Research Project

Project/Area Number	21H01190
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	田阪美樹静岡大学, 理学部, 准教授 (80772243)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田英弘東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80313021)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000) Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000) Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2021: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
Keywords	マントル / 粘性 / 電場 / 粒径 / かんらん岩 / 電気物性 / 変形実験 / マントル流動 / 粒成長 / 緻密化挙動 / 変形
Outline of Research at the Start	材料科学の分野でセラミックス試料に電場をかけて加熱し変形実験を行うと、電場をかけない場合に比べ、低温度・低応力で塑性変形が起きることが発見された。これは試料に電場を加えることで、拡散が加速するためと考えられている。地球を構成する岩石もセラミックスの一種であり、マントル流動も結晶スケールでは拡散に起因している。これまでの地球科学における研究では、精確な力学データと電気物性を同時に測定することが難しかったため、電場と粘性率の関係を求めた研究例はない。そこで本研究は、地球科学と材料科学の知見を駆使し電場下におけるマントルかんらん岩の粒成長・粘性変化を求めることを目的に研究を進める。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は電場下におけるマントルかんらん岩の粒成長・粘性変化を求め「地球内部に加わる電場で物質拡散が加速され、岩石が柔らかくなるのか？」という問いに対し研究を進める。本年度は実験試料作製、通電実験、変形実験、実験試料の組織解析を行った。実験試料作製：鉱物量比・化学組成を制御できる試料作製方法を用いて、マントルかんらん岩の代表的な鉱物組み合わせの２相系多結晶体である、かんらん石-単斜輝石系、かんらん石-直方輝石系を作製した。通電実験：試料の電気物性を調べるために、電場、炉内温度を徐々に上げて試料の電流を測定した。試料の電気伝導率が上がりフラッシュが起きる電場、温度の条件よりも下のFAST領域で変形実験ができるような実験条件を見出した。変形実験：通電岩石の変形特性を決めるために温度1260℃、歪み速度10^-4/s、電場1000V/cmで通電圧縮変形実験を行った。実験試料の組織解析：実験前後の試料の微細構造解析を行った。研究代表者が在籍する静岡大学の走査型電子顕微鏡(FE-SEM)と、エネルギー分散型X線分光器(EDS)を用いた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 変形試験機の導入が遅れていたが2022年の4月に納品され、研究室の学生さんの助けもあり、実験結果も出つつある。岩石試料の電気物性は試料作製時の雰囲気に大きく影響することが分かり、大量に同じ条件で作製した試料を用いて系統的な通電実験を行い、再現性のあるデータを取る予定である。
Strategy for Future Research Activity	次年度は変形実験の結果を踏まえ電場 - 粒径 - 粘性率の関係則を構築、地球マントルへの応用を目指す。