| 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 |
15H05827
|
|---|
| 研究機関 | 岡山大学 |
|---|
研究代表者 |
芳野 極 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (30423338)
|
|---|
| 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, 准教授 (10397036)
平賀 岳彦 東京大学, 地震研究所, 准教授 (10444077)
太田 健二 東京工業大学, 大学院理工学研究科(理学系), 講師 (20727218)
久保 友明 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40312540)
安東 淳一 広島大学, 理学研究科, 准教授 (50291480)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
|
| キーワード | 核－マントル境界 / 下部マントル / 熱伝導度 / レオロジー / 高圧実験 / 拡散 / 鉄 / ブリッジマナイト |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究は、核―マントルの相互作用と共進化の動的過程を高圧実験に基づいて解明することを目的としている。本年度は核・マントル物質中の熱の移動、拡散による元素移動の実験を開始した。
熱伝導度測定はDACを使用してFe20 mol%, Al 6 mol%入のブリッジマナイトとFe 19 mol%のフェロペリクレースの熱伝導率を室温で40―50 GPaまで測定した。ブリッジマナイトは鉄、アルミの固溶効果はあまりなく、フェロペリクレースはMgOと比べると伝導度が大きく下がることが分かった。核ーマントル境界における親鉄元素の移動度を決定するために、ポストピネル、ブリッジマナイト多結晶体の粒界拡散実験を1600－1900℃の温度範囲、圧力26GPaで行った。拡散種にはタングステンとレニウムを用いた。予察的な実験からタングステンがポストスピネル試料との接合部で酸化が起きている場合は、大量にタングステンが拡散していることが認められた。一方で、酸化されていないレニウムは電子マイクロアナライザーの解析では拡散は確認できなかった。このことは、核―マントル境界が酸化的な状況であるとき、粒界拡散によって広範囲にわたってタングステンがマントル中に移動することが示唆された。
本年度は、本科研費で次年度に高エネルギー研究所PF-AR, NE7Aビームラインに導入する予定のD111型ガイドブロックのデザインについて議論し、下部マントル条件での変形実験が可能なデザインを構築するために、すでに同型のプレスが導入されているDobson博士の研究室を来年度に訪問し、試験テストを行う方針が決まった。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、核―マントル物質の動的過程を高圧実験を手段として決定することを目的としている。本科研費で新しく開発から着手した下部マントル条件下での変形実験の研究は、初年度にD111ガイドブロックの開発、２年度目に高エネルギー研究所のPF-AR, NE7AビームラインD-DIA型プレスに設置、３年度目以降にこのシステムのテスト運用と有効性の確認、４年度目に系統的なデータの取得を計画してお理、今年度は初年度に当たって当該研究分担者と会合を重ねてD111型ガイドブロックの基本仕様をまとめている段階であり、研究計画通りに研究は進展していると言える。
熱伝導度測定は、DACセル内の試料をポンプレーザーで熱の擾乱を起こし、反対側のプローブレーザーで温度変化を観察する熱レフレクタンス法を開発し、いくつかの試料を高圧下で常温の測定に成功している。この方法を用いてより高温でのデータ取得の素地をすでに構築している。
全体の研究の進展を考慮すると研究はおおむね順調に推移している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
D111型ガイドブロックは、奔放には導入例がなく、雛形となるものが存在しないため、想定外の問題が発生する恐れがある。また、この種の変形機構での実験では未だに下部マントル条件での実験の報告例がない。万全な形で設計を行うためには、既設の装置を見学、テストする機会が必要である。そこで、イギリスのユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのドブソン教授の研究室に小型のD111型変形試験機が導入されていることから、次年度に見学及びテスト使用を行うこととなった。ドブソン教授からは訪問をすでに承認している。
熱伝導度測定は、高温測定がまだ難しいため、熱伝導度を決定するために異なるアプローチを同時並行で進めている。金属の熱伝導度は電気伝導度に比例するヴィーデマン・フランツ則に従うと考えられており、鉄合金の電気伝導度測定を高温で行い、熱伝導度を求めることも目指していく予定である。
親鉄元素の拡散実験は、タングステンとレニウムのみに限られていたが、他の元素についても行う。また、核―マントル境界での物質の相互作用として浸透現象も重要であるので、下部マントル物質に溶融鉄合金を接触させることにより、浸透現象についも来年度は調査することを予定している。
|
