高速２次元測温法から探る核マントル物質の融解現象

• 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: 18H04366
• 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
• 研究機関: 明治大学 (2019); 東京大学 (2018)
• 研究代表者: 新名 良介 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (00769812)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: 地球内部 / マントル / 地球核 / 高温高圧実験 / ダイヤモンドアンビルセル / 融解 / 鉄 / 地球・惑星内部構造 / 地殻・マントル物質 / 固体地球物理学 / 高温高圧

研究実績の概要

新しい温度決定システムを構築し、主にダイヤモンドアンビルセルを用いた核マントル物質の融解現象を理解するための実験的研究を推進した。核やマントルにおける融解現象は、地球内部物質進化を支配する最も重要な現象である。本年度に発表できた成果として、マントル物質の融点を決定する研究を推進し、酸化還元状態がマントルの融解現象を大きく左右する可能性が実験的に示された。この結果から、地球内部への酸素の輸送が、深さ660 kmにおける酸素誘起融解によって妨げられることが新たに示された。これは、近年観測されている地球深部における酸化還元状態異常が物質循環にも大きな影響を与えることを示唆している。また、地球核物質の融解相関係を実験的に研究することで、現在の核に含まれる軽元素の制約に取り組んだ。従来の実験よりもはるかに高い圧力において一連の実験を成功させることができた。得られた結果から、水素を含んだ鉄は純鉄よりも低い融点をもつことや、水素が固溶することで炭素固溶量を制限することが新たに分かり、地球核における水素の重要性が明らかになった。また、マントル鉱物の高圧力下における結晶構造、相関係や物性に関する実験的な研究も推進した。ドイツシンクロトロン放射光施設において行った高温高圧下その場分析を行うための技術開発に関連する成果も本年度発表できた。本年度の研究成果としては、査読あり国際学術誌に6本（印刷中含む）の論文が公開された。学会においても５回の発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A portable on-axis laser heating system for near-90? X-ray spectroscopy: Application to ferropericlase and iron silicide (2020)
  • 著者名/発表者名: Spiekermann G., Kupenko I., Petitgirard S., Harder M., Nyrow A., Weis C., Albers C., Biedermann N., Libon L., Sahle C., Cerantola V., Glazyrin K., Sinmyo R., Kon?pkov? Z., Morgenroth W., Sergueev I., Yava? H., Dubrovinsky L., Tolan M., Sternemann C., Wilke M.
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiat. 巻: 27 号: 2 ページ: 414-424
  • DOI: 10.1107/s1600577519017041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of new-structured post-spinel MgFe2O4: Crystal structure and high-pressure phase relations (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii T., Miyajima N., Sinmyo R., Boffa Ballaran T., Kojitani H., Mori D., Inaguma Y., Akaogi M.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 47 号: 6
  • DOI: 10.1029/2020gl087490
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen limits carbon in liquid iron (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirose Kei、Tagawa Shoh、Kuwayama Yasuhiro、Sinmyo Ryosuke 、Morard Guillaume 、Ohishi Yasuo 、Genda Hidenori
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 号: 10 ページ: 5190-5197
  • DOI: 10.1029/2019gl082591
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of spin transition of iron on the thermal conductivity of (Fe, Al)-bearing bridgmanite (2019)
  • 著者名/発表者名: Okuda Yoshiyuki、Ohta Kenji、Sinmyo Ryosuke、Hirose Kei、Yagi Takashi、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 520 ページ: 188-198
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.05.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] The stability of Fe5O6 and Fe4O5 at high pressure and temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka Koutaro、Sinmyo Ryosuke、Hirose Kei、Ishii Takayuki、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 104 号: 9 ページ: 1356-1359
  • DOI: 10.2138/am-2019-7097
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Fe3+ on the phase relations under lower mantle: implications for redox melting in the stagnant slabs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinmyo R., Nakajima Y., McCammon CA., Miyajima N., Petitgirard S., Myhill R., Dubrovinsky L., Frost DJ.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 124 号: 12 ページ: 12484-12497
  • DOI: 10.1029/2019jb017704
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase transition boundary between fcc and hcp structures in Fe-Si alloy and its implications for terrestrial planetary cores (2019)
  • 著者名/発表者名: Komabayashi Tetsuya、Pesce Giacomo、Morard Guillaume、Antonangeli Daniele、Sinmyo Ryosuke、Mezouar Mohamed
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 104 号: 1 ページ: 94-99
  • DOI: 10.2138/am-2019-6636
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melting curve of iron to 290 GPa determined in a resistance-heated diamond-anvil cell (2019)
  • 著者名/発表者名: Sinmyo Ryosuke、Hirose Kei、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 510 ページ: 45-52
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.01.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations in the system Fe-Ni-Si to 200 GPa and 3900 K and implications for Earth's core (2019)
  • 著者名/発表者名: Komabayashi Tetsuya、Pesce Giacomo、Sinmyo Ryosuke、Kawazoe Takaaki、Breton Helene、Shimoyama Yuta、Glazyrin Konstantin、Konopkova Zuzana、Mezouar Mohamed
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 512 ページ: 83-88
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.01.056
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Melting Curve and Equation of State of β‐Fe7N3: Nitrogen in the Core? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kusakabe Mayu、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Kuwayama Yasuhiro、Ohishi Yasuo、Helffrich George
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 124 号: 4 ページ: 3448-3457
  • DOI: 10.1029/2018jb015823
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melting experiments on the Fe?C binary system up to 255 GPa: Constraints on the carbon content in the Earth's core (2019)
  • 著者名/発表者名: Mashino Izumi、Miozzi Francesca、Hirose Kei、Morard Guillaume、Sinmyo Ryosuke
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 515 ページ: 135-144
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.03.020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melting experiments on liquidus phase relations in the Fe-S-O ternary system under core pressures (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunpei Yokoo、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 印刷中
  • NAID: 120006889028
  • 査読あり
• [雑誌論文] 内部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた鉄融点の決定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新名良介、廣瀬敬、大石泰生
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 印刷中
  • NAID: 130007680178
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高温高圧実験を用いたマントル深部鉱物の物理・化学的性質の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 新名良介
  • 雑誌名: 岩石鉱物科学 巻: 48 ページ: 36-45
  • NAID: 130007626273
• [雑誌論文] Experimental Determination of Eutectic Liquid Compositions in the MgO-SiO2 System to the Lowermost Mantle Pressures (2018)
  • 著者名/発表者名: Ozawa Keisuke、Anzai Miyuki、Hirose Kei、Sinmyo Ryosuke、Tateno Shigehiko
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 18 ページ: 9552-9558
  • DOI: 10.1029/2018gl079313
  • 査読あり
• [学会発表] 高温高圧下におけるFe5O6 とFe4O5 の安定性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 彦坂晃太郎, 新名良介, 廣瀬敬, 石井貴之, 大石泰生
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] Hydrogen Limits Carbon in Liquid Iron (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei Hirose, Shoh Tagawa, Yasuhiro Kuwayama, Ryosuke Sinmyo and Guillaume Morard
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Transfer of SiO2 from the core to the mantle and its fate in the Earth in early and present times (2019)
  • 著者名/発表者名: George R Helffrich, Maxim Ballmer, Guillaume Morard, Koichiro Umemoto, Ryuichi Nomura, Ryosuke Sinmyo, Anat Shahar, Stephane Labrosse, John W Hernlund and Kei Hirose
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Core-Mantle Interaction Through Liquid Magnesium Silicate Release from the Earth's Core (2019)
  • 著者名/発表者名: Helffrich G, Hirose K, Nomura R & Sinmyo R
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Phase relations in the system Fe-Ni-Si to 200 GPa and 3900 K and implications for Earth’s core (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Komabayashi, Giacomo Pesce, Ryosuke Sinmyo, Takaaki Kawazoe, Helene Breton, Yuta Shimoyama, Glazyrin Konstantin, Zuzana Kon?pkov?, and Mohamed Mezouar
  • 学会等名: EGU2019
  • 国際学会
• [学会発表] Technical development toward understanding the melting temperature of the materials at high pressure using ultra-fast spectroradiometry (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Sinmyo
  • 学会等名: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle International Symposium Annual General Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Crystallization of Liquid Fe-S-O at ICB Conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunpei Yokoo, Kei Hirose and Ryosuke Sinmyo
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Stability of Fe5O6 at High Pressure and Temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Koutaro Hikosaka, Ryosuke Sinmyo, Kei Hirose, Takayuki Ishii and Yasuo Ohishi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Melting experiments on the Fe-C binary system up to 255 GPa: Constraints on the carbon content in the Earth’s core (2018)
  • 著者名/発表者名: Izumi Mashino, Francesca Miozzi, Kei Hirose, Guillaume Morard and Ryosuke Sinmyo
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Internally resistive heated diamond anvil cell experiments on Fe-Ni-Si alloy to 200 GPa and 3900 K and its implications for Earth's core (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Komabayashi, Giacomo Pesce, Ryosuke Sinmyo, Takaaki Kawazoe, Helene Breton, Yuta Shimoyama, Konstantin Glazyrin, Zuzana Konopkova and Mohamed Mezouar
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Determination of Eutectic Liquid Compositions in the MgO-SiO2 System to the Lowermost Mantle Pressures (2018)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ozawa, Miyuki Anzai, Kei Hirose, Ryosuke Sinmyo and Shigehiko Tateno
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Melting curve of iron to 290 GPa determined in a resistance-heated diamond-anvil cell: implications for the Earth and planetary core (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Sinmyo, Kei Hirose and Yasuo Ohishi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 内部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた290GPaまでの鉄の融点決定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新名良介、廣瀬敬、大石泰生
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2018サテライト研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 高温高圧実験から探る地球核とマントル最下部の温度構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新名良介、廣瀬敬、大石泰生
  • 学会等名: 日本地球化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 高温高圧実験を用いたマントル深部鉱物の物理・化学的性質の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 新名良介
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2018年会
  • 招待講演