マントル流体の高温高圧実験を目指した圧力スケールの構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13901
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 昭夫 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20281975)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: マントル / 流体 / 圧力スケール / ラマン分光

研究実績の概要

本研究では、ダイヤモンドアンビルセルを使用して高圧力を発生し、13C同位体を使って合成したダイヤモンドのラマンスペクトルを取得して圧力スケールを構築することを目的とした。まず、ダイヤモンドアンビルセルを搭載できるステージと、高圧力下でラマン測定ができるシステムを構築した。続いて、13Cダイヤモンドのラマンスペクトルを12GPaまで測定した。これ以上の圧力では、ダイヤモンドアンビルセルに使用している12Cダイヤモンドのラマンスペクトルと重なってしまうため、この圧力が適用限界であることが示された。ラマンスペクトルの圧力依存性を多項式でフィッティングし、圧力スケールを構築することができた。解析結果をまとめ、発表の準備をしている。また、本研究はマントル中のフルイドに関する実験への適用も目的としていた。高温高圧下でNaAlSi3O8-H2O-NaCl系の熔融実験を行い、融点を決定した。また、この際の液の化学組成に制約を与えることができた。その結果、系にNaClを含む場合と含まない場合で融点が異なることを明らかにした。これにより、海水で変質し、塩を含む海洋プレートが沈み込む際のフルイドの挙動を考察することができた。さらに、地球内部に運び込まれたフルイドは含水鉱物中に取り込まれる。我々は以前、ダイアスポアの高圧相としてInOOH型のδ-AlOOHを発見し、地球深部に水を運び込む重要な物質であることを提唱した。本研究では、InOOH型およびDiaspore型の酸化水酸化物について、高温高圧力下でＸ線回折実験を行い、状態方程式を決定した。これにより、地球深部での水の挙動とその果たす役割について考察することができた。以上の研究成果を踏まえ、マントル中のフルイドの物性と挙動に関する研究をさらに発展させるために、科学研究費補助金と高エネルギー加速器研究機構の実験課題を申請している。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of carbon dioxide on the viscosity of a melt of jadeite composition at high pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: SUZUKI Akio
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 113 ページ: 47～50
  • DOI: 10.2465/jmps.170717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Reactions Between Fe and H2O up to Megabar Pressures and Implications for Water Storage in the Earth's Mantle and Core (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuan Liang、Ohtani Eiji、Ikuta Daijo、Kamada Seiji、Tsuchiya Jun、Naohisa Hirao、Ohishi Yasuo、Suzuki Akio
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 ページ: 1330～1338
  • DOI: 10.1002/2017GL075720
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phase relationships of the system Fe-Ni-S and structure of the high-pressure phase of (Fe 1-x Ni x ) 3 S 2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Urakawa Satoru、Kamuro Ryota、Suzuki Akio、Kikegawa Takumi
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2018.01.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T equation of state of rhodium oxyhydroxide (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Akio
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/08957959.2018.1435784
  • 査読あり
• [雑誌論文] The stability of anhydrous phase B, Mg14Si5O24, at mantle transition zone conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuan Liang、Ohtani Eiji、Shibazaki Yuki、Ozawa Shin、Jin Zhenmin、Suzuki Akio、Frost Daniel J.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s00269-017-0939-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction studies of hydrous aluminosilicate at high pressure and temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe Ryota、Shibazaki Yuki、Ozawa Shin、Ohira Itaru、Tobe Hiromu、Suzuki Akio
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.2465/jmps.170714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow behavior and microstructures of hydrous olivine aggregates at upper mantle pressures and temperatures (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohuchi Tomohiro、Kawazoe Takaaki、Higo Yuji、Suzuki Akio
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 172 ページ: 65～65
  • DOI: 10.1007/s00410-017-1375-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single crystal synthesis of δ-(Al,Fe)OOH (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawazoe Takaaki、Ohira Itaru、Ishii Takayuki、Ballaran Tiziana Boffa、McCammon Catherine、Suzuki Akio、Ohtani Eiji
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 102 ページ: 1953～1956
  • DOI: 10.2138/am-2017-6153
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] P-V-T equation of state of rhodium oxyhydroxide． (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Physical properties of volatile-bearing magmas in the Earth’s deep interior. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A.
  • 学会等名: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle Toward Integrated Deep Earth Science, International Symposium and FY2017 Annual General Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Melting experiments of hydrous peridodite under the top of the lower mantle conditions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, A., Sakamaki, T., Kawazoe, T., and Suzuki, A.
  • 学会等名: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle Toward Integrated Deep Earth Science, International Symposium and FY2017 Annual General Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of basaltic glass under high pressure by in-situ X-ray and neutron diffraction investigations. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Hattori, T., Sano-Furukawa, A., Funakoshi, K., and Suzuki, A.
  • 学会等名: Interaction and Coevolution of the Core and Mantle Toward Integrated Deep Earth Science, International Symposium and FY2017 Annual General Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Composition of the hydrous lunar magma ocean and the crystallization process at the crust formation. (2018)
  • 著者名/発表者名: 村主樹，鈴木昭夫，鹿山雅裕，宮本毅
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] ローソナイトの脱水と稍深発地震に関する実験的研究． (2018)
  • 著者名/発表者名: 角田明博，白石令，武藤潤，鈴木昭夫，長濱裕幸
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Single crystal X-ray structure study of δ-phase AlOOH-FeOOH-MgSiO2(OH)2. (2018)
  • 著者名/発表者名: 石井貴之，大平格，川添貴章，Tiziana Boffa Ballaran，鈴木昭夫，大谷栄治
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] X線・中性子回折を用いた高圧下での玄武岩ガラスの構造解析． (2018)
  • 著者名/発表者名: 大橋智典，坂巻竜也，服部高典，佐野亜沙美，舟越賢一，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Chemical reactions between Fe and H2O up to megabar pressures and implications for water storage in the Earth’s mantle and core. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuan, L., Ohtani, E., Ikuta, D., Kamada, S., Tsuchiya, J., Hirao, N., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Elastic wave velocity of Fe-Si alloy at high pressure. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakamaki, T., Terasaki, H., Shibazaki, Y., Tobe, H., Shimoyama, Y., Higo, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of pressure and sulfur content on sound velocity in liquid Fe-S to 20 GPa. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishida, K., Shibazaki, Y., Terasaki, H., Higo, Y., Wakabayashi, D., Funamori, N. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Crystallographic preferred orientation and rheological property of the dense hydrous magnesium silicate phase A. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi, R., Sawaki, Y., Sawa, S., Muto, J. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding of low velocity anomaly in the asthenosphere inferred from elastic wave velocity measurement of partially molten rocks. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Hisano, N., Higo, Y., Shibazaki, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Density of the Fe70S30 liquid at high pressure: constraints from the Clapeyron-Clausius relation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Urakawa, S. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Stability of hydrous aluminosilicates at the transition zone and the lower mantle. (2018)
  • 著者名/発表者名: Abe, R., Shibazaki, Y., Ozawa, S., Ohira, I., Tobe, H. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Melting phenomenon at the top of the lower mantle. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, A., Sakamaki, T., Kawazoe, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Correlation between structure and elastic wave velocity of pyrope glass at high pressure. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hisano, N., Sakamaki, T., Ohashi, T., Funakoshi, K., Higo, Y., Shibazaki, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Viscosity of depolymerized silicate melt and magma in the Earth’s deep interior. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Water-effect on the mantle melting at the top of the lower mantle. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, A., Sakamaki, T., Kawazoe, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: 56th The European High Pressure Research Group (EHPRG) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction of MgCO3 high-pressure carbonate and metallic iron in the deep lower mantle. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda, F., Kamada, S., Miyajima, N., Petitgirard, S., Hirao, N., Sakamaki, T., McCammon, C., Frost, D.J., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: 56th The European High Pressure Research Group (EHPRG) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Composition of the hydrous lunar magma ocean and the crystallization process at the crust formation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Muranushi, M., Suzuki, A., Kayama, M. and Miyamoto, T.
  • 学会等名: 56th The European High Pressure Research Group (EHPRG) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Viscosity of potassium titanosilicaste melt at high pressure. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A.
  • 学会等名: 56th The European High Pressure Research Group (EHPRG) Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Light elements in the core based on elemental partitioning experiments between Fe-S melts and silicate magma. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, K., Kamada, S., Ozawa, S., Suzuki, A. and Bass, J.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] The sound velocity measurements of FeO at high pressure and temperature: Implications for the low velocity anomaly around the core-mantle boundary. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, R., Sakamaki, T., Fuukui, H., Ohtani, E., Kamada, S., Sato, S., Tsutsui, T., Uchiyama, Y., Baron, AQR. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] In situ X-ray diffraction studies of hydrous aluminosilicate at high pressure and temperature. (2017)
  • 著者名/発表者名: Abe, R., Shibazaki, Y., Ozawa, S., Ohira, I., Tobe, H. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] High-pressure phase transitions of MgCO3 under the lower mantle conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Hirao, N., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Viscosity of CO2-bearing sodium aluminosilicate melt at high pressure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Stability and thermos-elastic properties of iron oxide hydroxide: water transportation in the Earth's interior. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Partitioning of sulfur beween basaltic magma and Fe-FeS liquid. (2017)
  • 著者名/発表者名: Horioka, Y., Kamada, S., Ozawa, S., Maeda, F., Satish-Kumar, M. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Phase relation of Fe-FeSi system at 10 GPa: Application to the Mercury core. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tobe, H., Shibazaki, Y., Sakamaki, T., Hiroi, Y., Abe, R. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental investigation into the cause of a high attenuation zone of the lunar seismic waves: A possible partialy molten layer at the lowest lunar mantle. (2017)
  • 著者名/発表者名: Igarashi, M., Shibazaki, Y., Shiraishi, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Single crystal synthesis of δ-(Al,Fe)OOH using multi-anvil apparatus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohira, I., Kawazoe, T., Ishii, T., Boffa Ballalaran, T., McCammon, C., Suzuki, A. and Ohtani, E.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Stability of anhydrous phase B, Mg14Si5O24, at the mantle transition zone conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuan, L., Ohtani, E., Suzuki, A. and Jin, Z.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] In situ deformation experiments on coesite using synchrotron X-ray. (2017)
  • 著者名/発表者名: Doi, S., Nishihara, Y., Goto, H., IIzuka, R., Suzuki, A., and Kikegawa, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Sound velocity and elasticity of δ-(Al, Fe)OOH to lower mantle pressures. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohira, I., Jackson, J.M, Sturhahn, W., Finkelstein, G.J., Kamada, S., Kawazoe, T., Maeda, F., Hirao, N., Nakano, S., Suzuki, A. and Ohtani, E.
  • 学会等名: The 55th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray diffraction study of rhodium oxyhydroxide at high pressure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A., Horioka, Y. and Hisano, N.
  • 学会等名: The 55th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Densification of calcium-aluminum-siilcate glass at the pressure of ~5.5 GPa. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, A., Sakamaki, T., Hisano, N., Horioka, Y., Ohashi, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: The 55th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Phase relation of MgCO3 high-pressure carbonate under the deep lower mantle conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Miyajima, N., Hirao, N., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: The 55th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray diffraction and nuclear resonance scattering measurements δ-(Al, Fe)OOH at lower mantle pressures. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohira, I., Jackson, J.M, Sturhahn, W., Finkelstein, G.J., Kamada, S., Kawazoe, T., Maeda, F., Hirao, N., Nakano, S., Suzuki, A. and Ohtani, E.
  • 学会等名: IRTG Doctoral seminar
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical reactions between Fe and H2O up to megabar pressures and implications for water storage in the Earth’s mantle and core. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuan, L., Ohtani, E., Ikuta, D., Kamada, S., Tsuchiya, J., Hirao, N., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: IRTG Doctoral seminar
  • 国際学会
• [学会発表] 圧力起因の玄武岩ガラスの構造変化． (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋智典，坂巻竜也，服部高典，佐野亜沙美，小澤信，舟越賢一，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2017年年会
• [学会発表] 上部マントルにおける硫黄のホスト相． (2017)
  • 著者名/発表者名: 浦川啓，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2017年年会
• [学会発表] 高温高圧下での鉄-珪素合金の弾性波速度測定． (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂巻竜也，寺﨑英紀，柴﨑裕樹，戸邉宙，下山裕太，肥後祐司，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2017年年会
• [学会発表] 高温高圧下におけるSoda meliliteのX線回折実験． (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2017年年会
• [学会発表] 高温高圧下におけるコーサイトのレオロジー特性． (2017)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太，西原遊，後藤弘匡，飯塚理子，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2017年年会
• [学会発表] Compressibility of MgCO3 phase II under the lowermost mantle conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Hirao, N., Ohishi, Y. and Suzuki, A.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminor 9 (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Sound velocity measurements in the liquid Fe-S system up to 20 GPa using ultrasonic pulse-echo method. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida, K., Shibazaki, Y., Tobe, H., Terasaki, H., Higo, Y., Wakabayashi, D., Funamori, N. and Suzuki, A.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminor 9 (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Compressional behavior of δ-(Al,Fe)OOH to lower mantle pressures. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohira, I., Kamada, S., Jackson, J.M., Sturhahn, W., Finkelsten, G.J., Kawazoe, T., Maeda, F., Hirao, N., Suzuki, A. and Ohtani, E.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminor 9 (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] The stability of anhydrous phase B, Mg14Si5O24, at mantle transition zone conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuan, L., Ohtani, E., Shibazaki, Y., Ozawa, S., Jin, Z., Suzuki, A. and Frost, D.J.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminor 9 (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Structure measurements of basaltic glass at high pressure using X-ray and neutron diffraction techniques. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Hattori, T., Sano-Furukawa, A., Funakoshi, K., and Suzuki, A.
  • 学会等名: The 5th Workshop for Extreme Materials Science “Silicate Melt/Glass”
  • 国際学会
• [学会発表] 高温高圧下におけるコーサイトのレオロジー． (2017)
  • 著者名/発表者名: 土居峻太，西原遊，後藤弘匡，飯塚理子，鈴木昭夫，亀卦川卓美
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] パイロープガラスの圧力起因の構造変化． (2017)
  • 著者名/発表者名: 久野直樹，坂巻竜也，堀岡祥生，大橋智典，鈴木昭夫
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [図書] 「図説地球科学の事典（鳥海光弘 他編）」 第3章3.4 「鉱物とマグマの密度・粘性」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 総ページ数: 248
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-16072-7
• [備考] 東北大学大学院理学研究科地学専攻量子ビーム地球科学グループ
  • URL: http://www.es.tohoku.ac.jp/JP/groups/group10/index.html