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2018 年度 実績報告書

高圧実験と熱測定に基づくマントル深部鉱物及び類縁物質の高圧相平衡

研究課題

研究課題/領域番号 17H02986
研究機関学習院大学

研究代表者

赤荻 正樹  学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード高圧実験 / 熱測定 / ぺロブスカイト / スピネル
研究実績の概要

1. MgCr2O4-Mg2SiO4系の高圧相関係を、全組成範囲で28GPaまで1400℃と1600℃で詳細に決定した。その結果、13GPaでMg2SiO4オリビンとMgCr2O4クロマイトが反応し3相の組合せに変化し、圧力と共に相関係を変えながら、25-27GPaでペロブスカイト型相+カルシウムタイタネイト型相+岩塩型相へと変化することが示された。
2. 変型ludwigite型Mg2Cr2O5相の安定な圧力温度領域は、下限が12GPa、上限が1000~1600℃で20~27GPaであることが示された。
3.パイロライトの22-28GPa、1600-2200℃の詳細な高圧相関係を明らかにした。1800℃以上では、19-23GPaでリングウッダイト相がガーネット相と岩塩型相へ分解し、ガーネット相が最も豊富な相になること、23-25GPaでガーネット相がペロブスカイト相へ転移すること、その転移境界線が正の圧力温度勾配を持つため、下部マントルからのプルームが660㎞不連続面で妨げられることなく上昇することが示された。
4.A2+B3+2O4化合物のポストスピネル転移を探索するため、MgV2O4、FeV2O4、MnCr2O4の相転移を25GPa、1400℃まで調べ、新規高圧相を見出し、相関係を決定した。結晶構造解析の結果、MgV2O4とFeV2O4のポストスピネル相はカルシウムタイタネイト型、MnCr2O4ではカルシウムフェライト型であることが示された。
5.バイロイト大学の Z. Liu博士、桂智男教授との共同研究で、Al含有MgSiO3ペロブスカイト中の酸素欠陥濃度の温度依存性に関して、27GPa、1700~2200Kの実験で彼らが得たペロブスカイト相の組成データを非理想固溶体モデルで解析し、高温ほどエントロピーの寄与により酸素欠陥濃度が高まることを説明した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

MgCr2O4-Mg2SiO4系の高圧相関係を全組成範囲で温度依存性を含めて28GPaまで詳細に決定したことと、遷移層・下部マントル最上部の圧力条件で、これらの深さでの平均温度である1500-1600℃よりもはるかに高い2200℃までの詳細な高圧相関係を明らかにしたことは重要な進展である。

今後の研究の推進方策

前年度までのMgCr2O4-Mg2SiO4系の実験結果をさらに解析し、「超高圧クロミタイトのマントル循環説」を詳しく検証する。また、遷移層~下部マントルの圧力条件下で安定なCaSiO3ペロブスカイトの詳細な相関係を明らかにする。さらに、主要ケイ酸塩高圧鉱物であるワズレアイト、アキモトアイトのマグネシウム端成分の熱容量の精密測定を進める。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] バイロイト大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      バイロイト大学
  • [雑誌論文] Increase of the oxygen vacancy component in bridgmanite with temperature2019

    • 著者名/発表者名
      Liu Zhaodong、Akaogi Masaki、Katsura Tomoo
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 505 ページ: 141~151

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.10.014

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase relations and mineral chemistry in pyrolitic mantle at 1600-2200°C under pressures up to the uppermost lower mantle: Phase transitions around the 660-km discontinuity and dynamics of upwelling hot plumes2018

    • 著者名/発表者名
      Ishii Takayuki、Kojitani Hiroshi、Akaogi Masaki
    • 雑誌名

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      巻: 274 ページ: 127~137

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2017.10.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valence-Band Electronic Structures of High-Pressure-Phase PdF2-type Platinum-Group Metal Dioxides MO2 (M = Ru, Rh, Ir, and Pt)2018

    • 著者名/発表者名
      Soda Kazuo、Kobayashi Daichi、Mizui Tatsuya、Kato Masahiko、Shirako Yuichi、Niwa Ken、Hasegawa Masashi、Akaogi Masaki、Kojitani Hiroshi、Ikenaga Eiji、Muro Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 ページ: 044701 1~5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.044701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic properties of ZrSiO4 zircon and reidite and of cotunnite-type ZrO 2 with application to high-pressure high-temperature phase relations in ZrSiO 42018

    • 著者名/発表者名
      Akaogi Masaki、Hashimoto Saki、Kojitani Hiroshi
    • 雑誌名

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      巻: 281 ページ: 1~7

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2018.05.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Pressure Phase Relations and Crystal Structures of Postspinel Phases in MgV2O4, FeV2O4, and MnCr2O4: Crystal Chemistry of AB2O4 Postspinel Compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Ishii Takayuki、Sakai Tsubasa、Kojitani Hiroshi、Mori Daisuke、Inaguma Yoshiyuki、Matsushita Yoshitaka、Yamaura Kazunari、Akaogi Masaki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 57 ページ: 6648~6657

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.8b00810

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamic investigation of the phase equilibrium boundary between TiO2 rutile and its α-PbO2-type high-pressure polymorph2018

    • 著者名/発表者名
      Kojitani Hiroshi、Yamazaki Monami、Kojima Meiko、Inaguma Yoshiyuki、Mori Daisuke、Akaogi Masaki
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Minerals

      巻: 45 ページ: 963~980

    • DOI

      10.1007/s00269-018-0977-7

    • 査読あり
  • [学会発表] High-pressure phase transitions of AB2O4 spinels and related minerals.2019

    • 著者名/発表者名
      M. Akaogi
    • 学会等名
      4th International HiPeR symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-Pressure phase transitions of zircon: phase relations based on thermodynamic measurements and application to the mantle2018

    • 著者名/発表者名
      M. Akaogi, S. Hashimoto, H. Kojitani
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 国際学会
  • [学会発表] MgSiO3メジャライトの低温熱容量測定2018

    • 著者名/発表者名
      糀谷浩、野田昌道、井上徹、赤荻正樹
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 国際学会
  • [学会発表] 六方晶ペロブスカイト関連構造酸化物の高圧相転移2018

    • 著者名/発表者名
      赤荻正樹、今野元気、轟隼人、曽根達也、糀谷浩
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年会
  • [学会発表] MgSiO3メージャライトの熱容量測定2018

    • 著者名/発表者名
      糀谷浩、野田昌道、井上徹、赤荻正樹
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年会
  • [学会発表] High-pressure high-temperature phase relations in the system KAlSiO4-MgAl2O4: Stability field of hexagonal aluminous phase.2018

    • 著者名/発表者名
      F. Kimura, H. Kojitani, M. Akaogi
    • 学会等名
      2018 National Chiao Tung Univ. - Gakushuin Univ. 4th Student Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] MgSiO3メージャライトの定圧熱容量測定2018

    • 著者名/発表者名
      糀谷浩、野田昌道、井上徹、赤荻正樹
    • 学会等名
      第54回熱測定討論会
  • [学会発表] シェーライト型ZrSiO4、コチュナイト型ZrO2 のエンタルピー・低温熱容量測定と高圧相平衡関係2018

    • 著者名/発表者名
      赤荻正樹、橋本紗季、糀谷浩
    • 学会等名
      第54回熱測定討論会
  • [学会発表] 六方晶ペロブスカイト関連構造を持つアルカリ土類金属酸化物の高圧相転移2018

    • 著者名/発表者名
      赤荻正樹、曽根達也、今野元気、轟隼人、糀谷浩
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] MgSiO3メージャライトの高温熱容量測定2018

    • 著者名/発表者名
      糀谷浩、野田昌道、井上徹、赤荻正樹
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] KAlSiO4 - MgAl2O4 系の高温高圧相転移~Hexagonal aluminous phaseの安定領域~2018

    • 著者名/発表者名
      木村文哉、糀谷浩、赤荻正樹
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] 高温高圧実験と熱容量測定によるCaSiO3の相転移境界の再検討2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤百花、糀谷浩、赤荻正樹
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] MgCr2O4 - Mg2SiO4系およびMgCr2O4 - CaMgSi2O6系の高温高圧相関係2018

    • 著者名/発表者名
      吉田和存、糀谷浩、赤荻正樹
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] 高圧合成したReidite ZrSiO4単結晶の精密構造解析と相転移機構2018

    • 著者名/発表者名
      徳田誠、糀谷浩、真下茂、吉朝朗、橋本紗季、赤荻正樹
    • 学会等名
      第59回高圧討論会

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公開日: 2019-12-27  

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