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惑星深部物質の熱伝導率に対する水と化学不純物の影響:地球型惑星の熱進化の探求

研究課題

研究課題/領域番号 21J15543
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
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関岡山大学

研究代表者

Zhang Youyue  岡山大学, 惑星物質研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードThermal conductivity / Multi-anvil apparatus / High pressure / High temperature / Bridgmanite / Terrestrial planets
研究開始時の研究の概要

Our understanding of planet relies on external observations and models with physical properties of planetary materials determined by laboratory experiments. Accurate thermal conductivity values of mantle materials are essential for good models of terrestrial planets. In this study, we will measure thermal properties of bridgmanite with different compositions and ringwoodite with different water content under high pressure and high temperature, which will reveal how impurity and water influence the thermal evolution of terrestrial planets and why the Earth is the only habitable planet nowadays.

研究実績の概要

Core mantle boundary heat flux, which is governed by the thermal properties of the lowermost mantle minerals, controls the generation of observed magnetic field, geological activity and thermal structure of the terrestrial planets. The purpose of this study is to understand how impurities in minerals affect the thermal evolution of terrestrial planets and to achieve the following projects: (1) Determination of pressure dependence and temperature dependence of thermal conductivity of (Fe, Al)-bearing bridgmanite (2) Determination of pressure dependence and temperature dependence of thermal conductivity of anhydrous and hydrous ringwoodite by pulse heating method.
In this fiscal year, we analyzed experimental data of project (1) obtained in the previous fiscal year. The significant decrease of pressure dependence and the absolute value of thermal conductivity of bridgmanite indicates a gradual slowing of the cooling rate of the mantle due to impurities' involvement during the secular cooling after the magma ocean solidification. We have also vigorously pursued project (2). The synthesis conditions of ringwoodite samples with desired compositions and water content have been well mastered. However, we found ringwoodite is very brittle, during cutting into thin slices, it easily breaks into pieces. After many struggles, we decide to decrease the sample diameter to get thin slices of ringwoodite. A new high-pressure thermal conductivity measurement cell for such smaller samples has been developed. The measurements of thermal conductivity of ringwoodite are now undergoing.

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Effect of iron content on thermal conductivity of ferropericlase: implications for planetary mantle dynamics.2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Zhang, T. Yoshino, M. Osako
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 51 号: 7

    • DOI

      10.1029/2022gl101769

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exploration of the best reference material on anelastic measurement by cyclic loading under high pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Chao Liu, Takashi Yoshino, Daisuke Yamazaki, Noriyoshi Tsujino, Hitoshi Gomi, Moe Sakurai, Youyue Zhang, Ran Wang, Longli Guan, Kayan Lau, Yoshinori Tange, Yuji Higo
    • 雑誌名

      High Pressure Research

      巻: 42 号: 1 ページ: 14-28

    • DOI

      10.1080/08957959.2021.2013834

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-pressure experimental study of tetragonal CaSiO3-perovskite to 200 GPa2022

    • 著者名/発表者名
      Sun Ningyu、Bian Hui、Zhang Youyue、Lin Jung-Fu、Prakapenka Vitali B.、Mao Zhu
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 107 号: 1 ページ: 110-115

    • DOI

      10.2138/am-2021-7913

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of bridgmanite and post-spinel: implications for planetary mantle dynamics and evolution2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Youyue, Yoshino Takashi, Osako Masahiro.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of bridgmanite and post-spinel: implications of mantle dynamics and evolution2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Youyue, Yoshino Takashi, Osako Masahiro.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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