高圧変形実験技術の革新による地球内核の複雑な地震波構造の起源とダイナミクスの解明

• 研究課題/領域番号: 19H00724
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野村 龍一 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (40734570)
• 研究分担者: 西原 遊 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (10397036) ; 東 真太郎 東京工業大学, 理学院, 助教 (60771293) ; 上杉 健太朗 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主席研究員 (80344399)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 46,670千円 (直接経費: 35,900千円、間接経費: 10,770千円); 2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2021年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2020年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円)
• キーワード: 高圧力 / 高温度 / 地球深部 / 地球内核 / ダイナミクス / 地震波構造 / 高圧高温変形実験 / 回転式ダイヤモンドアンビル装置

研究開始時の研究の概要

我々のグループによって開発・高度化が進められ、現在までに約300GPa、1200 Kにおよぶ超高圧高温環境下での変形実験が可能な回転式ダイヤモンドアンビル装置と放射光X線測定系のさらなる高度化を行い、地球内核圧力温度までの定量的変形実験を可能にする。地球内核を構成する金属鉄の粘性と変形誘起結晶方位選択配向を実験で制約し、内核の複雑な地震波構造の起源とダイナミクスの解明を目指す。

研究成果の概要

我々のグループによって開発・高度化が進められている新しい超高圧変形実験装置、回転式ダイヤモンドアンビル装置と放射光X線による力学データ測定系のさらなる高度化を行った。X線ビームの極小化と抵抗加熱法により高圧高温環境下での地球構成物質の力学データの取得が可能になった。これらの開発技術を用いて、地球内核の主要構成物質である金属鉄の高圧力学データを取得した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球の深部は極めて高い圧力と温度が支配しており、文字通りのフロンティアで直接探査が不可能な領域です。このような「直接観る」ことが不可能な世界を理解するため、本課題では特にそのダイナミクスに焦点をあて、地球中心圧力温度環境下での地球物質の変形実験実現を目指し新しい装置を開発しました。

研究成果

• [雑誌論文] Visualization of the disordered structure of Fe-Ni Invar alloys by reverse monte carlo calculations (2022)
  • 著者名/発表者名: Kubo Yusuke、Ishimatsu Naoki、Kitamura Naoto、Kawamura Naomi、Kakizawa Sho、Mizumaki Masaichiro、Nomura Ryuichi、Irifune Tetsuo、Sumiya Hitoshi
  • 雑誌名: Frontiers in Materials 巻: 9 ページ: 954110-954110
  • DOI: 10.3389/fmats.2022.954110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Lattice‐Preferred Orientations of MgO Periclase From Strain Rate Controlled Shear Deformation Experiments Under Pressure up to 120?GPa (2022)
  • 著者名/発表者名: Park Yohan、Azuma Shintaro、Okazaki Keishi、Uesugi Kentaro、Yasutake Masahiro、Nishihara Yu、Nomura Ryuichi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 21 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1029/2022gl100178
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elongation of Fe-Fe atomic pairs in the Invar alloy Fe65Ni35 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishimatsu, N., Iwasaki, S., Kousa, M., Kato, S., Nakajima, N., Kitamura, N., Kawamura, N., Mizumaki, M., Kakizawa, S., Nomura, R., Irifune, T. and Sumiya, H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 号: 22 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.l220102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamical Modeling of Liquid Fe‐Si‐Mg‐O:Molten Magnesium Silicate Release From the Core (2020)
  • 著者名/発表者名: Helffrich George、Hirose Kei、Nomura Ryuichi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 21
  • DOI: 10.1029/2020gl089218
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] D111型装置を用いた高圧変形実験による地球深部レオロジーの研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西原 遊, 辻野 典秀, 久保 友明, 山崎 大輔, 土居 峻太, 今村 公裕, 芳野極
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 30 号: 2 ページ: 78-84
  • DOI: 10.4131/jshpreview.30.78
  • NAID: 130007928833
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Element-selective elastic properties of Fe65Ni35 Invar alloy and Fe72Pt28 alloy studied by extended X-ray absorption fine structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Kousa M.、Iwasaki S.、Ishimatsu N.、Kawamura N.、Nomura R.、Kakizawa S.、Mizumaki M.、Sumiya H.、Irifune T.
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 40 号: 1 ページ: 130-139
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1702175
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Melt-crystal density crossover in a deep magma ocean (2019)
  • 著者名/発表者名: Caracas, R., Hirose, K., Nomura, R., Ballmer, M.D.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: - ページ: 202-211
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.03.031
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 下部マントル最上部条件におけるカンラン岩と中央海嶺玄武岩の融解相関係とその部分溶融層の重力的安定性 (2019)
  • 著者名/発表者名: KUWAHARA Hideharu、NOMURA Ryuichi、NAKADA Ryoichi、IRIFUNE Tetsuo
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 29 号: 2 ページ: 75-85
  • DOI: 10.4131/jshpreview.29.75
  • NAID: 130007680184
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sensitivity of elastic thickness to water in the Martian lithosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Katayama, I., Matsuoka, Y., Azuma, S.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 6 号: 1 ページ: 51-51
  • DOI: 10.1186/s40645-019-0298-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Torsional deformation experiments at Mbar pressures toward understanding deep Earth rheology (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Nomura
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2020年度連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 高温高圧下のbcc鉄のレオロジー (2020)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，肥後祐司，丹下慶範
  • 学会等名: 第61回高圧討論
• [学会発表] Rheology of bcc-iron at high-pressure and -temprature (2020)
  • 著者名/発表者名: 西原遊，肥後祐司，丹下慶範
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020:Virtual
  • 国際学会
• [学会発表] Deformation experiments of bridgmanite and ferropericlase; Implication for the strength of the subducted slab in the lower mantle. (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Azuma, R. Nomura, K. Uesugi, Y. Nishihara, T. Arimoto
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 下部マントルに沈み込んた_スラフ_内レオロシ_ー (2019)
  • 著者名/発表者名: 東真太郎, 野村龍一, 上杉健太朗, 西原遊, 土居峻太, 有本岳史, 入舩徹男
  • 学会等名: 鉱物科学会2019年年会
• [学会発表] Development of the rotational diamond anvil cell for high-pressure deformation experiments and its measurement systems (2019)
  • 著者名/発表者名: 東真太郎, 野村龍一, 上杉健太朗, 西原遊, 土居峻太, 有本岳史, 入舩徹男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学2019年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 回転式ダイヤモンドアンビルセルの開発と下部マントル物質の大歪変形実験 (2019)
  • 著者名/発表者名: 東真太郎, 野村龍一, 上杉健太朗, 西原遊, 土居峻太, 有本岳史, 入舩徹男,
  • 学会等名: 日本地球惑星科学2020年大会
  • 招待講演
• [図書] 高圧力の科学・技術事典 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本高圧力学会
  • 総ページ数: 500
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 4254102976