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地球惑星内部における水素の挙動

研究課題

研究課題/領域番号 16J04690
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 岩石・鉱物・鉱床学
研究機関東北大学

研究代表者

大平 格  東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード地球内部水素循環 / 高温高圧実験 / 放射光X線回折 / 核共鳴非弾性X線散乱 / 含水鉱物 / 地球内部の水素循環 / ダイヤモンドアンビルセル / 放射光X線
研究実績の概要

特別研究員としての2年間の研究では、高温高圧実験を手法として、含水プレートの沈み込みに伴う全マントル規模の水素輸送モデルの構築を目的として研究を進めた。
含水プレートは、含水化したカンラン岩、海洋地殻、堆積物という複数の岩層で構成される。しかしながら、プレートが下部マントルまで沈み込んだ場合にどのような含水相が形成され、どの深さまで水素輸送を担うのかは未だ不明である。この点を明らかにするため、放射光施設SPring-8のBL10XUにおいて、レーザ加熱式ダイヤモンドアンビルセルと高温高圧その場X線回折装置を利用した実験を行った。
実験から、含水プレートを構成する岩体のうち、Alに乏しいカンラン岩中では、AlOOHに乏しく圧力温度に対する安定性の低い"δ-AlOOH-MgSiO4H2 Phase H-ε-FeOOH固溶体"が形成されることがわかった。一方、Alに富む海洋地殻中では、AlOOHに富み圧力温度に対する安定性の高い上記固溶体が形成されることが明らかとなった。この結果は、海洋地殻中で形成される高い安定性をもつ含水固溶体が、下部マントルから核へと水素を輸送する役割を果たしている可能性を示す重要な成果である。
また上述の研究の発展課題として、カリフォルニア工科大学およびバイロイト大学と共同で、Feを含むδ-AlOOH単相(以下 δ-(Al,Fe)OOH)の高圧下核共鳴非弾性X線散乱(以下 NRIXS)測定を行った。NRIXS測定は米国の放射光施設Advanced Photon Source の3-ID-Bで行い、常圧から80GPaまでの複数の圧力点で測定に成功した。結果から、δ-(Al, Fe)OOHは平均地震波速度と比較して縦波速度と横波速度の比(Vp/Vs)が大きくなることがわかった。したがって、この鉱物が下部マントルにおいてVp/Vsの正の異常を生み出す可能性を示した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] バイロイト大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] BGI, University of Bayreuth(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] California Institute of Technology(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Ultrahigh-pressure acoustic wave velocities of SiO 2-Al 2 O 3 glasses up to 200 GPa2016

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Motohiko Murakami, Shinji Kohara, Koji Ohara, Eiji Ohtani
    • 雑誌名

      Progress in Earth and Planetary Science

      巻: 3 号: 1 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1186/s40645-016-0097-2

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Single crystal synthesis of δ-(Al,Fe)OOH using multi-anvil apparatus2017

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Takaaki Kawazoe, Takayuki Ishii, Tiziana Boffa Ballaran, Catherine McCammon, Akio Suzuki, Eiji Ohtani
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union - American Geophysical Union Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sound velocity and elasticity of δ-(Al, Fe)OOH to lower mantle pressures2017

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Jennifer M. Jackson, Wolfgang Sturhahn, Gregory J. Finkelstein, Seiji Kamada, Takaaki Kawazoe, Fumiya Maeda Naohisa Hirao Satoshi Nakano, Akio Suzuki, Eiji Ohtani
    • 学会等名
      55th The European High Pressure Research Group (EHPRG) Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Compressional behavior of δ-(Al,Fe)OOH to lower mantle pressures2017

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Seiji Kamada, Jennifer M. Jackson, Wolfgang Sturhahn, Gregory J. Finkelstein, Takaaki Kawazoe, Fumiya Maeda, Naohisa Hirao, Satoshi Nakano, Akio Suzuki, Eiji Ohtani
    • 学会等名
      High-Pressure Mineral Physics Seminar 9 (HPMPS9)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-pressure dissociation of olivine in north west Africa 7397 lherzolitic shegottite2017

    • 著者名/発表者名
      Masashi Yoshida, Masaaki Miyahara, Akira Yamaguchi, Natotaka Tomioka, Takeshi Sakai, Hiroaki Ohfuji, Fumiya Maeda, Itaru Ohira, Eiji Ohtani, Seiji Kamada, Hiroki Suga, Takuji Ohigashi, Yuichi Inagaki
    • 学会等名
      The Eighth Symposium on Polar Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water transport to the lowermost mantle driven by δ-AlOOH - Phase H (MgSiO4H2) solid solution2016

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Eiji Ohtani, Seiji Kamada, Naohisa Hirao, Akio Suzuki
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting 2016
    • 発表場所
      San Francisco, United States
    • 年月日
      2016-12-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental approach for the stability fields of hydrous minerals in the Earth’s lower mantle2016

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Eiji Ohtani, Seiji Kamada, Naohisa Hirao
    • 学会等名
      The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
    • 発表場所
      Bayreuth, Germany
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Phase H - δ-AlOOH Solid Solution in the Lower Mantle2016

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Eiji Ohtani, Seiji Kamada, Naohisa Hirao
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2016
    • 発表場所
      横浜, 神奈川
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal Chemistry of a Hydrous Phase [AlOOH-MgSiO2(OH)2] in the Deep Lower Mantle: A Multigrain Approach2016

    • 著者名/発表者名
      Li Zhang, Hongsheng Yuan, Yue Meng, Itaru Ohira, Eiji Ohtani, Ho-Kwang Mao
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2016,
    • 発表場所
      横浜, 神奈川
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stability of Phase H - δ-AlOOH solid solution in a hydrous peridotite and water cycle in the Earth’s mantle2016

    • 著者名/発表者名
      Itaru Ohira, Eiji Ohtani
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2016
    • 発表場所
      幕張, 千葉
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of a hydration zone at the bottom of the lower mantle2016

    • 著者名/発表者名
      Eiji Ohtani, Izumi Mashino, Itaru Ohira
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2016
    • 発表場所
      幕張, 千葉
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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