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Constraining Earth's Lower Mantle Point Defect Chemistry from the Charge Disproportionation of Iron

研究課題

研究課題/領域番号 20K14580
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関愛媛大学

研究代表者

RITTERBEX S  愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特定研究員 (00791782)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードGrain boundaries / Ferropericlase / Mechanical behavior / Earth's mantle / Super-Earth exoplanets / Iron partitioning / Ab initio simulations / Critical shear strength / Ferrous Iron / Spin transition / Plastic deformation / Earth's lower mantle / Ideal shear strength / Grain boundary mobility / Super-Earth's mantle / Mantle rheology / Mantle defect chemistry
研究開始時の研究の概要

The dynamics of the Earth, including its plate tectonics, is controlled by the flow of rocks through the motion of crystal defects. Atomic diffusion is a key process controlling this flow behavior which relies on the poorly constrained redox state of the rocky part of the Earth's deep interior. Using a theoretical mineral physics approach based on the "ab initio" methods, this research, conducted by Dr. Sebastian Ritterbex from the Geodynamics Research Center, Ehime University, aims to constrain the relation between the point defect chemistry and flow behavior of the Earth's deep interior.

研究実績の概要

This project aimed investigating the relation between crystal chemistry, lattice defects and the mechanical behavior of ferropericlase. We carried out atomistic simulations based on the density functional theory, conducted on Type I and II subsystems of the Information Technology Center at Nagoya University.
Results show iron to prefer specific grain boundary sites affecting the pressure-induced spin transition and grain boundary partitioning of iron. With those data, ideal shear strengths were determined. It has been shown that high-angle grain boundary motion is particularly accommodated by either shear-coupled migration or grain boundary sliding. The mechanical strengths were found to strongly vary with pressure resulting in grain boundary hardening and weakening across a broad pressure range. By considering the influence of iron spin state on grain boundary migration, we have shown that ferrous iron has a non-unique effect on the criticial shear strength of grain boundaries. In the mantle of super-Earth exoplanets, significant grain boundary weakening is observed to occur, providing a new mechanism of enhanced ductility with depth.

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1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) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件)

  • [国際共同研究] Gemological Institute of America(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Novel configurations of VN4 and VN4H defects in diamond platelets: Structure, Energetics and vibrational properties2020

    • 著者名/発表者名
      T. Gu; S. Ritterbex; T. Tsuchiya; W. Wang
    • 雑誌名

      Diamond & Related Materials

      巻: 108 ページ: 107957-107957

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2020.107957

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Ab initio investigation of the intercrystalline mechanical behavior of ferropericlase at extreme pressures of planetary mantles2022

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex, T. Tsuchiya
    • 学会等名
      European Geosciences Union (EGU) General Assembly
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Viscous Strength of HPC Iron at Conditions of Earth’s Inner Core2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex; T. Tsuchiya
    • 学会等名
      European Geosciences Union (EGU) General Assembly
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-principles study of the mechanical behavior of (Mg,Fe)O tilt grain boundaries in planetary mantles2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex; T. Tsuchiya
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting (JpGU)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Viscosity of hcp iron and its implications for the dynamics of Earth’s inner core2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex; T. Tsuchiya
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society Meeting (AOGS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ab-initio Investigation of Earth’s Lower Mantle Defect Chemistry2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex
    • 学会等名
      8th HPCI System Research Project Meeting of the Research Organization for Information Science and Technology (RIST)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin transition in (Mg,Fe)O tilt grain boundaries across the Earth's lower mantle2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex and T. Tsuchiya
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020 (Japan Geoscience Union Meeting)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Is the Earth’s transition zone deforming like the upper mantle?2020

    • 著者名/発表者名
      S. Ritterbex, Ph. Carrez and Patrick Cordier
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2020 (American Geophysical Union)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2023-12-25  

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