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従来手法を統合した下部マントルにおける融解現象の理解

公募研究

研究領域核-マントルの相互作用と共進化~統合的地球深部科学の創成~
研究課題/領域番号 16H01115
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学 (2017)
東京工業大学 (2016)

研究代表者

新名 良介  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (00769812)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017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)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード地球・惑星内部構造 / 地殻・マントル物質 / 固体地球物理学 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 下部マントル / 融解 / ダイヤモンドアンビルセル / 高温高圧 / 惑星起源・進化 / 地球内部 / レーザー加熱
研究実績の概要

地球下部マントルにおける融解現象を理解するために研究を推進した。当初の計画どおり、最終年度である本年度は地球内部融解現象を再現する実験と、論文・学会発表を通した成果報告を中心に計画を遂行した。昨年度までの技術開発の結果、レーザー加熱と温度決定用分光測定の自動化が進んだ。その後比較的新しい加熱方法である内部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセル(DAC)に対しても容易に応用が可能であると着想し、システムに改良を加えて実用化をした。その結果、内部抵抗加熱DACとしては世界最高到達温度圧力となる290万気圧、5500ケルビン(地球内核条件に相当)という高い温度圧力において半自動的に温度を連続決定することが可能となった。この新しく開発した技術を用いて実験を行い、得られた実験データから地球の内核境界と核マントル境界の温度を制約した。結果から、15億年前から今日まで、マントル最下部においてマントル物質のグローバルな溶融は起こっていないだろうことが明らかになった。また、下部マントルにおける融解現象を明らかにするため、従来考えられてこなかった三価鉄、Fe3+が固相・液相相関係に与える影響を実験的に決定した。得られた結果から、下部マントル最上部において高酸素雰囲気異常が存在すると、融点が大きく下がり、部分融解を起こす可能性が明らかになった。高酸素雰囲気物質に富むメルトが上昇し、下部マントルへ高酸素雰囲気物質が沈み込むことを妨げるようなプロセスが示唆された。
以上のように、研究計画の目標に対して実験技術開発と科学的発見の両面において大きな進展が見られた。本年度の研究成果としては、国際学術誌に7本の論文が公開され、1本の論文が印刷中、4本の論文が査読中である。また国際学会において3件、国内学会において2件の研究成果発表を行った。

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

    (21件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 12件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Melting experiments on Fe-Si-S alloys to core pressures: Silicon in the core?2018

    • 著者名/発表者名
      Tateno Shigehiko、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Morard Guillaume、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Melting experiments on Fe-Fe 3 S system to 254 GPa2017

    • 著者名/発表者名
      Mori Yuko、Ozawa Haruka、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Tateno Shigehiko、Morard Guillaume、Ohishi Yasuo
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 464 ページ: 135-141

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2017.02.021

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Critical behavior of Mg1-xFexO at the pressure-induced iron spin-state crossover2017

    • 著者名/発表者名
      Glazyrin Konstantin、Sinmyo Ryosuke、Bykova Elena、Bykov Maxim、Cerantola Valerio、Longo Micaela、McCammon Catherine、Prakapenka Vitali、Dubrovinsky Leonid
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 21 ページ: 214412-214412

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.214412

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The spin state of Fe3+ in lower mantle bridgmanite2017

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R., McCammon C., Dubrovinsky L.
    • 雑誌名

      Am. Mineral.

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1263-1269

    • DOI

      10.2138/am-2017-5917

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis and crystal structure of LiNbO3-type Mg3Al2Si3O12: A possible indicator of shock conditions of meteorites2017

    • 著者名/発表者名
      Ishii Takayuki、Sinmyo Ryosuke、Komabayashi Tetsuya、Ballaran Tiziana Boffa、Kawazoe Takaaki、Miyajima Nobuyoshi、Hirose Kei、Katsura Tomoo
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 102 号: 9 ページ: 1947-1952

    • DOI

      10.2138/am-2017-6027

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The effect of iron and aluminum incorporation on lattice thermal conductivity of bridgmanite at the Earth's lower mantle2017

    • 著者名/発表者名
      Okuda Yoshiyuki、Ohta Kenji、Yagi Takashi、Sinmyo Ryosuke、Wakamatsu Tatsuya、Hirose Kei、Ohishi Yasuo
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 474 ページ: 25-31

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2017.06.022

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Perovskite in Earth’s deep interior2017

    • 著者名/発表者名
      Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Hernlund John
    • 雑誌名

      Science

      巻: 358 号: 6364 ページ: 734-738

    • DOI

      10.1126/science.aam8561

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sound velocities of skiagite-iron-majorite solid solution to 56 GPa probed by nuclear inelastic scattering2017

    • 著者名/発表者名
      Vasiukov Denis、Ismailova Leyla、Kupenko Ilya、Cerantola Valerio、Sinmyo Ryosuke、Glazyrin Konstantin、McCammon Catherine、Chumakov Aleksandr、Dubrovinsky Leonid、Dubrovinskaia Natalia
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Minerals

      巻: - 号: 5 ページ: 397-404

    • DOI

      10.1007/s00269-017-0928-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrical conductivity of NaCl-bearing aqueous fluids to 600 ℃ and 1 GPa2017

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R., Keppler H.
    • 雑誌名

      Contributions to Mineralogy and Petrology

      巻: 172 号: 1

    • DOI

      10.1007/s00410-016-1323-z

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] SiO2 crystallization and compositional evolution of the Earth’s core2017

    • 著者名/発表者名
      K. Hirose, G. Morard, R. Sinmyo, K. Umemoto, J. Hernlund, G. Helffrich, and S. Labrosse
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 543 号: 7643 ページ: 99-102

    • DOI

      10.1038/nature21367

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sound velocities of bridgmanite from density of states determined by nuclear inelastic scattering and first principles calculations2016

    • 著者名/発表者名
      McCammon C., Caracas R., Glazyrin K., Potapkin V., Kantor A., Sinmyo R., Prescher C., Kupenko I., Chumakov A., Dubrovinsky L.
    • 雑誌名

      Progress in Earth and Planetary Science

      巻: 3 号: 1

    • DOI

      10.1186/s40645-016-0089-2

    • 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
  • [雑誌論文] Stability of Fe,Al-bearing bridgmanite in the lower mantle and synthesis of pure Fe-bridgmanite2016

    • 著者名/発表者名
      Ismailova L., Bykova E., Bykov M., Cerantola V., McCammon C., Boffa Balaran T., Bobrov A., Sinmyo R., Dubrovinskaia N., Glazyrin K., Liermann H.-P., Kupenko I., Hanfland M., Prescher C., Prakapenka V., Svitlyk V., Dubrovinsky L.
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 2 号: 7

    • DOI

      10.1126/sciadv.1600427

    • 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
  • [雑誌論文] Discovery of Fe7O9: a new iron oxide with a complex monoclinic structure2016

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R., Bykova E., Ovsyannikov S.V., McCammon C., Kupenko I., Ismailova L., Dubrovinsky L.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep32852

    • 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
  • [学会発表] Effect of Fe3+ on the subsolidus and melting phase relations under lower mantle conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Sinmyo, Yoichi Nakajima, Catherine McCammon, Nobuyoshi Miyajima, Sylvain Petitgirard, Robert Myhill, Daniel Frost
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 下部マントル条件においてFe3+がサブソリダスおよび融解相関係に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      新名良介, 中島陽一, Catherine McCammon, 宮島延吉, Sylvain Petitgirard, Robert Myhill, Daniel Frost
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2017年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Melting of Iron at High Pressure2017

    • 著者名/発表者名
      新名良介,廣瀬敬, 大石泰生
    • 学会等名
      第58回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Melting of Iron to 290 Gigapascals2017

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Sinmyo, Kei Hirose, Yasuo Ohishi
    • 学会等名
      2017 American Geophysical Union Fall meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical conductivity of H2O-NaCl fluids to 10 kbar2016

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R. and Keppler H.
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting 2016
    • 発表場所
      Moscone Center, San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical conductivity of NaCl-bearing aqueous fluids to 600 ℃ and 1 GPa2016

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R. and Keppler H.
    • 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、日本
    • 年月日
      2016-10-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] The spin state of Fe3+ in lower mantle bridgmanite2016

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R., McCammon C., Dubrovinsky L.
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜、日本
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical conductivity of H2O-NaCl fluids to 10 kbar2016

    • 著者名/発表者名
      Sinmyo R. and Keppler H.
    • 学会等名
      Fifteenth International Symposium on Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry
    • 発表場所
      ETH Zurich, Switzerland
    • 年月日
      2016-06-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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