地球深部物質及び高圧物質の合成と物性及び組成解析に関する学際的共同研究

• 研究課題/領域番号: 04045017
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 末野 重穂 筑波大学, 地球科学系, 教授 (30110513)
• 研究分担者: STEPHENS P.W SUNY at Stony Brook, Dept. of Physics., Professor ; LIEBERMANN R SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Professor ; VAUGHAN M.T. SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Professor ; WEIDNER D.J. SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Professor ; PARISE J.B. SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Professor ; 鍵 裕之 筑波大, 物質工学系, 助手 (70233666) ; 圦本 尚義 東工大, 地球惑星科学科, 助教授 (80191485) ; 栗田 敬 筑波大学, 地球科学系, 助教授 (00111451) ; 大嶋 建一 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70109271) ; 高野 薫 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (60133005) ; 若槻 雅男 筑波大学, 物質工学系, 教授 (50114153) ; PARISIE J.B. SUNY at Stony Brook. Dept. of Earth&Space, Professor ; 中井 泉 筑波大学, 化学系, 講師 (90155648) ; WEIDNER D J SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Associate ; PARISE J B SUNY at Stony Brook, Dept. of Earth & Spa, Associate
• 研究期間 (年度): 1992 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 5,900千円 (直接経費: 5,900千円); 1994年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1993年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1992年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: マントル物質 / 高温高圧 / 相転移 / 軽元素分析 / 微量元素分析 / イオンビーム分析 / 元素分配 / マントル鉱物 / 高圧実験 / 放射光 / 含水鉱物 / ダイヤモンド / 高圧物質 / 地球深部 / SIMS / 水素定量分析

研究概要

本研究の目的は、地球深部造岩物質を主とする無機物資についての高温高圧状態下における振舞いを研究し、地球内部の物質移動における結晶構造と化学組成の変化を読み取り、地球の生成と変化の過程について諸問題の解明に役立てることにある。研究に際しては、筑波大学及びニューヨーク州立大学ストーニ-ブルック校(SUNY-SB)間の20年間に渉る緊密な協力体制とで研究実績の基に、両校がそれぞれ得意とする合成及び分析などの実験技術、野外調査で協力しつつ、広い学問分野からの理論考察を統合して学際的に結晶構造と結晶組織・安定領域、相転移、組成変化・メルト-結晶間の元素分配などの観点から研究するものである。高温高圧下における物質の挙動の詳細は物性物理学的にも、材料科学上の新物質の探索と開発でも重要な問題であり、火山や地震についてもこれらの物質の高温高圧における諸性質を熟知しないと理解できない問題が累積している現在では、本研究のような総合的研究は重要な意義がある。
本年度の研究内容としては、地球科学的に重要な地球深部における水の存在に関する研究とダイヤモンドその他の炭素各相の研究を行ない、地球深部における水素の存在量の推定とその形態について詳細と、工業的にもまた地球科学的にも重要な炭素の物質科学的振舞いを明らかにすることを試みた。また、高温高圧下で合成された試料のおける微量化学成分の分配の解明のために高エネルギーイオン線を利用した微量元素分析法の開発に精力を注いだ。
本年度は本研究の最終年度でもあり、これまでの3年間に渉る本共同研究で得た成果について、代表者及び両校の分担者及び研究協力者が全員が集まって議論する合宿制の合同研究会を開催することは、問題点を明確にする上でも、また今後の共同研究の推進のためにも重要なことである。
合同研究会は、(1)両大学からの距離、(2)経済面、(3)ハワイ大学の協力(宿舎・会議室など)などの利点を考慮して、12月中旬にハワイ島ヒロ市で開催した。またハワイ島は、地球の深部からのマグマが湧き出るホットスポットにあたり、深部物質の試料採集と溶岩の観測も行える利点がある。
研究会での、講演者とその内容は次の通りである。
12月10日(21:00-22:00)
J.B.Parise(SUNY・分担者):SORX線による微小結晶による結晶構造解析
D.J.Weidner(SUNY・分担者):上部マントル下部での含水相
12月11日(9:00-12:00)
鄭貞仁(筑波大学・研究協力者):水を含有した場合の深部物質の溶融温度変化
J.Zhan(SUNY・研究協力者):MgCO3などの炭酸塩のマントルでの状態
末野重穂(研究代表者):高エネルギーイオン線による微量元素分析法
M.T.Vaughan(SUNY・分担者):Hydrogen bondの評価
12月11日(14:00-17:00)
高野薫(筑波大学・分担者):サファイヤアンビルによる高圧下分光研究
近藤忠(東大・研究協力者):ダイヤモンドアンビルによる高圧物質研究
山本一樹(筑波大学・研究協力者):極超短波長X線による結晶構造解析
大嶋建一(筑波大学・分担者):X線散漫散乱による物質研究
Y.Wang(SUNY・研究協力者):Caペロブスカイトの状態方程式
王五一(筑波大学・研究協力者):ダイヤモンド中の包有物による地球深部研究
田浦弘史(筑波大学・研究協力者):高圧下でのメルト-結晶間元素分配研究
栗田 敬(筑波大学・分担者):地球深部物質研究への新しい提案
12月11日(20:00-21:00)
C.T.Prewitt(招待研究者:カ-ネギ-地球物理学研究所所長):高圧力研究の将来
以上の研究発表会の前後に火山研究所の訪問、マントル物質試料の採集、火山巡検を行ったが、12月12日には火山の溶岩が噴出するという事態が発生し、火山研究所所長の特別許可を得て、間近で溶岩を観測するという絶好の機会に恵まれた。
研究自体の成果も大きかったが、両校の若手研究者が互いに理解し合い、今後の協力態勢が生まれたことは素晴らしいことであった。

研究成果

• [文献書誌] S.Sueno: "Recent progress and perspectives of the mineral sciences" Proceedings of International Mineralogical Association. 397 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Sueno: "High energy ion beam:A useful prove for the mineral chemical analysis" European Journal of Mineralogy. (in print). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 末野 重穂: "高エネルギーイオン線の鉱物科学への応用" 鉱物学雑誌. (印刷中). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kurita: "The relationship between electrical conductivity and melt fraction in a partially molten simple system" Phys.Earth Planet.Inter.78. 9-17 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Ohshima: "Short-range order in Cu-Pt alloys" J.Phys.:condens.Matter.5. 4089-4110 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Kurosawa: "Water distribution under the southern African craton" Mineralogical Journal. (投稿中). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Sueno: "Recent progress and perspectives of the mineral sciences" Proceedings of International Mineralogical Association. 397- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Sueno: "High energy ion beam : A useful prove for the mineral chemical analysis" European Journal of Mineralogy. (in print). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Sueno: "Application of high energy ion beam on the mineral sciences" Journal of the mineralogical Society of Japan. (in print). (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.KuFita: "The relationship between electrical conductivity and melt fraction in a partially molten simple system" Phys.Earth Planet.Inter.78. 9-17 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Ohshima: "Short-rangc order in Cu-Pt alloys" J.Phys. : condens.Mater.5. 4089-4110 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Kurosawa: "Water distribution under the southern African craton" Mineralogical Journal. in print. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Koike,O.,H.Yurimoto,H.Nagasawa&S.Sueno: "Ion microprobe measurements of Mg isotopes in type B1 CAI of Allende meteorites" Proc.NIPR Symp.Antarct.Meteorites 6,357-363. 6. 357-363 (1993)
• [文献書誌] Yurimoto,H.,Mori.Y.and Yamamoto,H.: "Negative metal-ion source for secondary ion mass spectrometry." Rev.Sci.Instrum.64,1146-1149.64. 1146-1149 (1993)
• [文献書誌] Hirayama,Y.,T.Fujii&K.Kurita: "The melting relation of the system iron and carbon at high pressures" Geophys.Res.Lett.,20,2095-2098. 20. 2095-2098 (1993)
• [文献書誌] Watanabe,T.&K.Kurita: "The relationship between electrical conductivity and melt fraction in a partially molten simple system" Phys.Earth Planet.Inter.,78,9-17. 78. 9-17 (1993)
• [文献書誌] Koga,K.,K.Ohshima&N.Niimura: "Atomic and magnetic short range order in Ag-Mn spin glass alloys" Phys.Rev.B47,5783-5793. B47. 5783-5793 (1993)
• [文献書誌] Sada,K.&K.Ohshima: "Short range order in Cu-Pt alloys" J.Phys.;Condens.Matter 5,4099-4110. 5. 4099-4110 (1993)
• [文献書誌] Takano,K.: "Detection of a pressure-induced phase transition in a diamond anvil cell" Jap.J.Appl.Phys.,32,1268-1274. 32. 1268-1274 (1993)
• [文献書誌] Wakatsuki,M.: "Diamond formation from SiC-Co system under high pressure and high temperature" J.Mater.Sci.Lett.,12,283-285. 12. 283-285 (1993)
• [文献書誌] Kagi,H.,Y.Dohmoto,S.Takano,A.Masuda: "Tetrad effect in lanthanide partitioning between calcium sulfate crystal and its saturated solution" Chem Geol.,107,71-82. 107. 71-82 (1993)
• [文献書誌] 圦本尚: "2次イオン質量分析." 表面・界面(日本化学会編). 第4版実験化学講座13. 439-451 (1993)
• [文献書誌] Y.Wang and D.Weidner: "Laboratory and Seismic Constraints on Lower Mantle Mineralogy" Trans.Amer.Geophys.Union. 74. 558 (1993)
• [文献書誌] J.Parise,K.Linenweber,D.Weidner: "Structures of Deuterated Brucite and Portlandite to High Pressure" Trans.Amer.Geophys.Union. 74. 675 (1993)
• [文献書誌] Murae,T.,H.Kagi&A.Masuda: "Structure and chemistry of carbon in meteorites,in Primitive solar Nebula and Origin of Planets,ed.by K.Nakazawa,p479-p501" Terra Pub/Reidel, 479-501 (1993)
• [文献書誌] 末野 重穂: "A Novel Ion Imager for Secondary Ion Mass Spectrometry" Electron Devices. 40. 82-85 (1993)
• [文献書誌] 若槻 雅男: "Diamond Formation from SiC-Co System uner Pressure and High Temperature" Jour.Materials Science Letters.
• [文献書誌] 高野 薫: "Detection of a Pressure Induced Phase Transition in a Diamond Anvil Cell" J. J. A. P.32. 1268-1274 (1993)
• [文献書誌] 圦本 尚義: "Hydrogen Analysis of Mantle Olivene by Secondary Ion Mass Spectrometry" Geophysical Monograph. 67. 283-287 (1993)
• [文献書誌] 鍵 裕之: "Tetrad Effect in Lanthanide Partitioning between Calcium Sulfate Crystal and Its Saturated Solution" Chemical Geology.
• [文献書誌] Parise,J.B.: "NaMgF_3 Perovskite: Compression, Structural Distortion, and Ferroelastic Transition" American Crystallographic Association, Spring 1993 Meeting.
• [文献書誌] Weidner,D.J.: "MgO Solubilities in H_2O above the Brucie Dehydration Temperature" 1993 Spring AGU Meeting, EOS.
• [文献書誌] Vaughan, M. T.: "Crystal Structure of NaMgF_3 at High Pressur" 1993 Spring AGU Meeting, EOS.
• [文献書誌] 大嶋 建一: "Atomic and magnetic short-range order in Ag-Mn spin-glass alloys." Physical Review.B. 47. MARCH1ISSUE (1993)
• [文献書誌] 大嶋 建一: "Local structure of Mn atoms in Ag-Mn spin-glass alloys." J.Appl.Phys.73. MAY15ISSUE (1993)
• [文献書誌] 栗田 敬: "部分溶融体の変形実験" 地震. 45. 187-198 (1992)
• [文献書誌] 栗田 敬: "Deformation of partially molten KCl-H_2O system." Physics and Chemistry of Ice,edited Maeno(Hokkaido Univ.Pr.). 440-446 (1992)