高圧変形実験で探る地球中心核の異方性

• 研究課題/領域番号: 15H03749
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 西原 遊 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (10397036)
• 研究分担者: 太田 健二 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20727218) ; 大内 智博 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (60570504) ; 松影 香子 帝京科学大学, 総合教育センター, 准教授 (80343078)
• 研究協力者: 瀬戸 雄介 ; 肥後 祐司
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2015年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: 地球中心核 / hcp鉄 / 高温高圧変形実験 / 結晶選択配向 / 地震波異方性 / 格子選択配向

研究成果の概要

地球中心に位置する固体金属の内核における地震波異方性の成因を探るため、hcp鉄の変形実験と熱伝導率測定を行った。変形実験の結果得られた結晶選択配向は、主要すべり系が底面すべりであることを示し、これをもとに計算された異方性の大きさは内核の地震波異方性を十分に説明できるものであった。熱伝導率測定の結果、hcp鉄は方位によって3~4倍の差のある大きな熱伝導率異方性を持つことが明らかになった。この異方性は内核中の温度不均質を強くする作用を持つと考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球中心に位置する内核を南北の極方向に伝播する縦波（P波）は赤道方向へ伝播するものに比べて約3%も高速であることが知られている（地震波速度異方性）。この原因として、様々な仮説が提唱されてきたが、いまだに一致した見解は得られていない。本研究の結果は内核内での変形流動により結晶が特定方位に配列することで内核の地震波速度異方性がうまく解釈できることを示し、この謎を解き明かすうえでの判断材料を提供した。

研究成果

• [国際共同研究] University College London(英国)
• [国際共同研究] ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)
• [国際共同研究] バイロイト大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)
• [雑誌論文] Stability of hydrous phases of Al-rich phase D and Al-rich phase H in deep subducted oceanic crust (2019)
  • 著者名/発表者名: Xingcheng Liu, Kyoko N. Matsukage, Yu Nishihara, Toshihiro Suzuki, and Eiichi Takahashi
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 104 号: 1 ページ: 64-72
  • DOI: 10.2138/am-2019-6559
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deformation-induced crystallographic-preferred orientation of hcp-iron: An experimental study using a deformation-DIA apparatus (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishihara Yu、Ohuchi Tomohiro、Kawazoe Takaaki、Seto Yusuke、Maruyama Genta、Higo Yuji、Funakoshi Ken-ichi、Tange Yoshinori、Irifune Tetsuo
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 490 ページ: 151-160
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2018.03.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Experimental Examination of Thermal Conductivity Anisotropy in hcp Iron (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta Kenji、Nishihara Yu、Sato Yuki、Hirose Kei、Yagi Takashi、Kawaguchi Saori I.、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 6 ページ: 1-15
  • DOI: 10.3389/feart.2018.00176
  • NAID: 120006889161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphological stability of hydrous liquid droplets at grain boundaries of eclogite minerals in the deep upper mantle (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsukage, K.N., M. Hashimoto and Y. Nishihara
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 112 号: 6 ページ: 346-358
  • DOI: 10.2465/jmps.170309
  • NAID: 130006287887
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iron-titanium oxyhydroxides as water carriers in the Earth's deep mantle (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishihara, K. N. Matsukage
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 101 号: 4 ページ: 919-927
  • DOI: 10.2138/am-2016-5517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of pressure effect on thermocouple electromotive force using multi-anvil apparatus (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishihara, K. Fuke, Y. Tange, Y. Higo
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 36 号: 2 ページ: 121-139
  • DOI: 10.1080/08957959.2016.1169275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth kinetics of forsterite reaction rims at high-pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishihara, G. Maruyama, M. Nishi
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 257 ページ: 220-229
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2016.06.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Creep strength of ringwoodite measured at pressure-temperature conditions of the lower part of the mantle transition zone using a deformation-DIA apparatus (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kawazoe, Y. Nishihara, T. Ohuchi, N. Miyajima, G. Maruyama, Y. Higo, K. Funakoshi, and T. Irifune, T.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 454 ページ: 10-19
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2016.08.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mantle dynamics inferred from the crystallographic preferred orientation of bridgmanite (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Tsujino, Y. Nishihara, D. Yamazaki, Y. Seto, Y. Higo, E. Takahashi
  • 雑誌名: Nature 巻: 539 号: 7627 ページ: 81-84
  • DOI: 10.1038/nature19777
  • NAID: 120006331948
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elastic wave velocity anomalies of anorthite in subducting plate: In situ experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: Kyoko N. MATSUKAGE, Yu NISHIHARA, Fumiya NORITAKE, Katsuyuki KAWAMURA, Noriyoshi TSUJINO, Moe SAKURAI, Yuji HIGO, Junichi NAKAJIMA, Akira HASEGAWA, Eiichi TAKAHASHI
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: in press 号: 8-9 ページ: 1856-1865
  • DOI: 10.2138/am-2015-5240
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In situ observation of crystallographic preferred orientation of deforming olivine at high pressure and high temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohuchi, T., Nishihara, Y., Seto, Y., Kawazoe, T., Nishi, M., Maruyama, G., Hashimoto, M., Higo, Y., Funakoshi, K.-I., Suzuki, A., Kikegawa, T., Irifune, T.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 243 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.04.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Crystallographic-preferred orientation of MnGeO3 perovskite (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原遊、Hunt Simon、Dobson David、亀卦川卓美、船守展正、肥後祐司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会（JpGU2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Anisotropic thermal conductivity of hcp iron and the implications for the Earth’s inner core (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田健二、西原遊、佐藤雄輝、廣瀬敬、八木貴志、河口沙織、平尾直久、大石泰生
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会（JpGU2018）
  • 国際学会
• [学会発表] Crystallographic-preferred orientation of MnGeO3 perovskite (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishihara, Y., Hunt, S., Dobson, D., Higo, Y.
  • 学会等名: IMA2018 (International Mineralogical Association)
  • 国際学会
• [学会発表] Iron-titanium oxyhydroxides as a water transporter into the Earth's mantle transition zone and lower mantle (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsukage, K. N., Nishihara, Y., Liu, X., Seto, Y., Takahashi, E.
  • 学会等名: IMA2018 (International Mineralogical Association)
  • 国際学会
• [学会発表] 高圧におけるコーサイトの粘性率 (2018)
  • 著者名/発表者名: 土居 峻太, 西原 遊, 鈴木 昭夫, 亀卦川 卓美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2018年会・総会
• [学会発表] D111型装置を用いたせん断変形場におけるMg2SiO4のオリビン-スピネル相転移実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 久保友明, 森山一哉, 今村公裕, 西原遊, 鈴木昭夫
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] レーザー衝撃圧縮された物質内部の応力状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丹下慶範, 西原遊, 瀬戸雄介, 松岡健之, 尾崎典雅
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] R型熱電対の起電力への圧力効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原遊, 土居峻太, 肥後祐司, 丹下慶範
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] D111を用いたブリッジマナイトの変形実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻野典秀, 山崎大輔, 西原遊
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] D111型装置を用いた高温高圧変形実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西原遊, 土居峻太, 山崎大輔, 辻野典秀, 芳野極, 久保友明, 今村公裕
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] コーサイトのその場観察高温高圧変形実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太, 西原遊, 鈴木昭夫, 亀卦川卓美
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] Torsional deformation of hcp-iron up to 3 Mbar (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村龍一, 東真太郎, 西原遊, 上杉健太朗, 土居峻太, 入舩徹男
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] Defomation microstructures of subducted slabs in the lower mantle (2018)
  • 著者名/発表者名: Azuma, S., Nomura, R., Uesugi, K., Nishihara, Y., Doi, S., Arimoto, T. and Irifune, T.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] D111-type guide block for high-pressure deformation experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Nishihara, Tomoaki Kubo, Takashi Yoshino, Tomohiro Ohuchi, Daisuke Yamazaki, Noriyoshi Tsujino
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] コーサイトのＸ線その場観察変形実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太，西原遊，後藤弘匡，飯塚理子，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合会2017年大会
• [学会発表] Effect of pressure on temperature measurements using Wre thermocouple and its impact on geophysics (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu Nishihara, Shunta Doi, Yuji Hig, Yoshinori Tange, Tetsuo Irifune
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] WRe熱電対への圧力効果とその地球深部科学への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，土居峻太，柿澤翔，肥後祐司，丹下慶範，入舩徹男
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年会
• [学会発表] 高温高圧におけるコーサイトのレオロジー特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太，西原遊，後藤弘匡，飯塚理子，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年会
• [学会発表] Is thermal conductivity of hcp iron anisotropic? (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Sato, Y., Nishihara, Y., Yagi, T., Hirose, K., Kawaguchi-Imada, S., Hirao, N. and Ohishi, Y.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] hcp鉄の熱伝導率異方性の測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田健二，佐藤雄輝，西原遊，八木貴志，廣瀬敬，河口沙織，平尾直久，大石泰生
  • 学会等名: 第５８回高圧討論会
• [学会発表] 高温高圧におけるコーサイトのレオロジー (2017)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太，西原遊，後藤弘匡，飯塚理子，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • 学会等名: 第５８回高圧討論会
• [学会発表] WRe熱電対起電力への圧力効果とその地球深部科学への影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，土居峻太，柿澤翔，肥後祐司，丹下慶範，入舩徹男
  • 学会等名: 第５８回高圧討論会
• [学会発表] KEKでの大容量プレスを用いた高圧変形実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，久保友明，芳野極，大内智博，山崎大輔，鈴木昭夫
  • 学会等名: KEKでの大容量プレスを用いた高圧変形実験
  • 発表場所: 筑波大学大学会館 (茨城県・つくば市)
  • 年月日: 2016-10-28
• [学会発表] マルチアンビル装置を用いた熱電対起電力の圧力効果の測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，丹下慶範，肥後祐司
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
  • 発表場所: 筑波大学大学会館 (茨城県・つくば市)
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] Lattice-Preferred-Orientation of hcp Metals Studied by High-Pressure Deformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishihara Y, Ohuchi T, Kawazoe T, Maruyama G, Seto Y, Higo Y, Funakoshi K-I & Tange Y.
  • 学会等名: Goldschmidt 2016
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Determination of pressure effect on the thermocouple electromotive force using multi-anvil (2016)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，福家一樹，丹下慶範，肥後祐司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 (千葉県・千葉市)
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] 高圧変形その場観察実験によるhcp金属の格子選択配向の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，大内智博，川添貴章，丸山玄太，瀬戸雄介，肥後祐司，舟越賢一，丹下慶範
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 (千葉県・千葉市)
  • 年月日: 2016-05-22
• [学会発表] Lattice preferred orientation of hcp-iron induced by shear deformation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Nishihara, Tomohiro Ohuchi, Takaaki Kawazoe, Genta Maruyama, Yuji Higo, Ken-ichi Funakoshi and Yusuke Seto
  • 学会等名: 2015 American Geophysical Union Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] マルチアンビル装置を用いた熱電対起 電力への圧力効果の測定法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，福家一樹，肥後祐司，丹下慶範
  • 学会等名: 第56回高圧討論会
  • 発表場所: JMSアステールプラザ・広島
  • 年月日: 2015-11-10
• [学会発表] Microstructure and growth-kinetics of forsterite reaction rim under high pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Nishihara, Genta Maruyama
  • 学会等名: Japan Geoscience Meeting 2015
  • 発表場所: 幕張メッセ・千葉
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会
• [備考] 西原准教授らが下部マントルの流動方向を実験的に制約
  • URL: http://www.grc.ehime-u.ac.jp/archives/1431