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2017 年度 実施状況報告書

中性子回折による含水マグマの構造測定:水素位置の圧力依存性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K18797
研究機関東北大学

研究代表者

坂巻 竜也  東北大学, 理学研究科, 助教 (30630769)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワードマグマ / 水 / 水素 / 中性子回折 / 構造 / 高密度化
研究実績の概要

地球内部でのマグマの挙動を解明するためには、高圧下でのマグマの構造変化を理解することが重要である。本研究では主に大強度陽子加速器施設J-PARCの超高圧中性子回折装置PLANETを利用し、高圧下で1)玄武岩ガラス、2)珪酸塩融体の中性子回折実験をすることで、その構造解析を実施した。
1)玄武岩ガラス:高圧発生装置にパリ-エジンバラプレスを使うことで18GPaまでの圧力条件下で中性子回折実験を行い、圧力起因の構造変化を調べた。また、比較のために同試料のX線回折実験をPF-ARのNE5Cビームラインで実施した。NE5Cでは6-6式高圧セルで試料に圧力をかけて、白色X線を使ったエネルギー分散X線回折実験を行った。X線回折と中性子回折の2つの実験結果を組み合わせることで構造の情報を補完し合い、圧力起因の玄武岩ガラスの構造変化を精密に決定することができた。特徴としては、10GPa以下では中距離構造の収縮が支配的であるが、より高圧下では徐々に短距離構造に変化が見られた。
上述した研究成果は国際会議で4件、国内会議で1件発表しており、国際誌への投稿も進めている(1本:改定中、2本:準備中)。
2)珪酸塩融体:6軸プレス「圧姫」で用いる試料容器・高圧セルの最適化を行い、高温高圧下で安定に中性子回折実験を続けられる高圧セル構成を構築した。それを使って、ナトリウム-アルミニウム珪酸塩メルトの中性子回折実験を圧力2GPa、温度1800Kの条件下で成功した。また、金属カプセルやダイアモンドカプセルなど様々な材質の試料容器テストを重ねており、含水マグマの中性子回折実験に取り組む準備も進んでいる。

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

最初の成果である玄武岩ガラスのX線回折実験は国際誌へ投稿・改訂中である。J-PARCのPLANETで高圧下での中性子回折実に成功し、玄武岩ガラスの構造解析をするという目的も達することができた。この研究成果も投稿準備中である。珪酸塩ガラスの中性子回折実験はシリカ(SiO2)ガラス以外ではほとんど報告されていなく、本研究で調べた玄武岩ガラスの構造からSi4+以外の陽イオンが珪酸塩ネットワークに及ぼす影響の理解に繋がる新たな知見を得ることができた。また、含水マグマの中性子回折実験を着手するための準備も順調に終えることができた。

今後の研究の推進方策

含水マグマの中性子回折実験を通して、マグマ中の水素位置の圧力依存性を明らかにする。含水マグマの高密度化プロセスを解明することで、地球内部で滞留するマグマの重力的安定性をの議論していく。

  • 研究成果

    (45件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 14件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 20件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Sound velocity measurements of hcp Fe-Si alloy at high pressure and high temperature by inelastic X-ray scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Sakairi Takanori、Sakamaki Tatsuya、Ohtani Eiji、Fukui Hiroshi、Kamada Seiji、Tsutsui Satoshi、Uchiyama Hiroshi、Baron Alfred Q.R.
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 103 ページ: 85~90

    • DOI

      https://doi.org/10.2138/am-2018-6072

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Density of hydrous magma2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki Tatsuya
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 475 ページ: 135~139

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2017.11.012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Density of jadeite melts under high pressure and high temperature conditions2017

    • 著者名/発表者名
      SAKAMAKI Tatsuya
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 112 ページ: 300~307

    • DOI

      https://doi.org/10.2465/jmps.170128

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高圧下でのマグマ物性:地球深部でのマグマの挙動解明2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也
    • 雑誌名

      岩石鉱物科学

      巻: 46 ページ: 30-34

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Compressional sound velocity of hexagonal close-packed iron up to 163 GPa and 3000 K2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki, T., Ohtani, E., Fukui, H., Baron, A.Q.R.
    • 雑誌名

      Reseaech Frontiers 2016

      巻: - ページ: 92-93

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 地球で一番深い場所-高圧実験から探る地球の中心核の化学組成-2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也
    • 雑誌名

      まなびの杜

      巻: 81 ページ: 3-4

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 放射光X線で探る地球深部:地球の核組成の制約に向けて2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA利用者情報

      巻: 23 ページ: 14-17

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] X線非弾性散乱を利用した高温高圧条件下での鉄合金の音速測定と地球内核組成の制約への適用2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也、大谷栄治、福井宏之、鎌田誠司、田中遼介、生田大穣、アルフレッドバロン、五島賢一
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 20GPaまでの鉄-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、鈴木昭夫、戸邉宙、肥後祐司、西田圭佑、大橋智典
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 15 GPaまでのFe-Ni融体の音速と密度に与える硫黄の効果2017

    • 著者名/発表者名
      寺﨑英紀、坂巻竜也、柴﨑裕樹、西田圭佑、肥後祐司、下山裕太、神谷朝香、山田伊織、丹下義範
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 20GPaまでの鉄メルトの音速測定2017

    • 著者名/発表者名
      西田圭佑、寺﨑英紀、肥後祐司、柴﨑裕樹、坂巻竜也、下山裕太
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高温高圧下における鉄・軽元素系化合物の相転移にともなう音速変化2017

    • 著者名/発表者名
      大谷栄治、坂巻竜也、福井宏之、鎌田誠司、田中遼祐、寺﨑英紀、生田大穣、アルフレッドバロン
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高温高圧下での地球核物質の音速-密度同時決定2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也、大谷栄治、福井宏之、田中遼介、生田大穣、アルフレッドバロン、袁亮
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 部分溶融メルトの弾性波速度測定と地震波低速度異常域への適用2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也、柴﨑裕樹、鈴木昭夫、大橋智典、肥後祐司、久野直毅
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 流紋岩マグマの破砕その場観察:4Dトモグラフィーと構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      奥村聡、上杉健太朗、坂巻竜也
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高温高圧下での超音波法によるfcc-Feの弾性波速度測定2017

    • 著者名/発表者名
      柴﨑裕樹、寺﨑英紀、坂巻竜也、久野直毅、大橋智典
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 20GPaまでのFe-Sメルトの音速に及ぼす硫黄の効果の解明2017

    • 著者名/発表者名
      西田圭佑、寺﨑英紀、肥後祐司、柴﨑裕樹、山田伊織、坂巻竜也
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高温高圧下における鉄-軽元素合金の音速測定と内核の不均質性2017

    • 著者名/発表者名
      大谷栄治、坂巻竜也、生田大穣、福井宏之、鎌田誠司、田中遼祐、寺﨑英紀、生田大穣、袁亮、アルフレッドバロン、イゴールコーメッツ
    • 雑誌名

      SPring-8 Experimental Summary Report

      巻: - ページ: -

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Sound velocity of hcp-Fe at multi-megabar pressures2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki, T., Fukui, H., Ohtani, E., Tanaka, R., Baron, A.Q.R.
    • 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 boundary2017

    • 著者名/発表者名
      Tanaka, R., Sakamaki, T., Fukui, H., Ohtani, E., Kamada, S., Sato, S., Tsutsui, S., Uchiyama, H., Baron, A.Q.R., Suzuki, A.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase relations in the Fe-FeSi system at 10 GPa : Implications for Mercury’s core2017

    • 著者名/発表者名
      Tobe, H., Shibazaki, Y., Sakamaki, T., Hiroi, Y., Abe, R., 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 mantle2017

    • 著者名/発表者名
      Igarashi, M., Shibazaki, Y., Shiraishi, R., Sakamaki, T., Suzuki, A.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Composition of the core: Geochemical and mineral physics constraints2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtani, E., Sakairi, T., Sakamaki, T., Kamada, S., Tanaka, R., Fukui, H., Baron, A.Q.R.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] The heterogeneities in Lunar interior: Role of High Titanium materials2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtani, E., Igarashi, M., Sakamaki, T., Zhao, D.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase relation in MgCO3-SiO2 system up to the lowermost mantle2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda, F., Ohtani, E., Kamada, S., Sakamaki, T., Hirao, N., Ohishi, Y.
    • 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 conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Hirao, N., Ohishi, Y., Suzuki, A.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Interior structure of Mars estimated from elastic properties of liquid Fe-Ni-S2017

    • 著者名/発表者名
      Terasaki, H., Shimoyama, Y., Maki, M., Kurokawa, F., Urakawa, S., Nishida, K., Saito, R., Takubo, Y., Shibazaki, Y., Sakamaki, T., Machida, A., Higo, Y., Kondo, T.
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Basaltic glass structure by time-of-flight neutron diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki, T., Hattori, T., Sano-Furukawa, A.
    • 学会等名
      Goldschmidt 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Geochemical and mineral physics constraints on the composition of the inner core2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtani, E., Sakamaki, T., Sakairi, T., Tanaka, R., Kamada, S., Fukui, H., Barao, A.Q.R.
    • 学会等名
      Goldschmidt 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Densification of calcium-aluminum-silicate glass at the pressure of ~5.5 GPa2017

    • 著者名/発表者名
      Nakajima, A., Sakamaki, T., Hisano, N., Horioka, Y., Suzuki, A.
    • 学会等名
      55th EHPRG Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase relations of MgCO3 high-pressure carbonate under the lower mantle conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Miyajima, N., Hirao, N., Ohishi, Y., Suzuki, A.
    • 学会等名
      55th EHPRG Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure measurement of basaltic glass using neutron diffraction2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamaki, T.
    • 学会等名
      High-Pressure Mineral Physics Seminar
    • 国際学会
  • [学会発表] Sound velocity of iron-light element compounds and composition of the inner core2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtani, E., Sakamaki, T., Kamada, S., Ikuta, D., Tanaka, R., Fukui, H., Baron, A.Q.R.
    • 学会等名
      High-Pressure Mineral Physics Seminar
    • 国際学会
  • [学会発表] Compressibility of MgCO3 phase II under the lowermost mantle conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Maeda, F., Kamada, S., Sakamaki, T., Hirao, N., Ohishi, Y., Suzuki, A.
    • 学会等名
      High-Pressure Mineral Physics Seminar
    • 国際学会
  • [学会発表] Sound velocity and elastic properties of liquid Fe-Ni-Si at high pressure2017

    • 著者名/発表者名
      Terasaki, H., Maki, M., Shimoyama, Y., Nishida, K., Urakawa, S., Takubo, Y., Shibazaki, Y., Sakamaki, T., Higo, Y., Machida, A., Kondo, T.
    • 学会等名
      High-Pressure Mineral Physics Seminar
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure measurements of basaltic glass at high pressure using X-ray and neutron diffraction techniques2017

    • 著者名/発表者名
      Ohashi, T., Sakamaki, T., Hattori, T., Sano-Furukawa, A., Funakoshi, K., Suzuki, A.
    • 学会等名
      The 5th Workshop for Extreme Materials Science “Silicate Melt/Glass”
    • 国際学会
  • [学会発表] Structures of basaltic glass under high pressure by in-situ X-ray and neutron diffraction investigations2017

    • 著者名/発表者名
      Ohashi, T., Sakamaki, T., Hattori, T., Sano-Furukawa, A., Funakoshi, K., Suzuki, A.
    • 学会等名
      Interaction and Coevolution of the Core and Mantle Toward Integrated Deep Earth Science Internarional Symposium Annual General Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Melting experiments of hydrous peridotite under the top of the lower mantle conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Nakajima, A., Sakamaki, T., Kawazoe, T., Suzuki, A.
    • 学会等名
      Interaction and Coevolution of the Core and Mantle Toward Integrated Deep Earth Science Internarional Symposium Annual General Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 放射光X線で探る地球深部:地球の核組成の制約に向けて2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也
    • 学会等名
      SPring-8シンポジウム2017
    • 招待講演
  • [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] 音速測定と固液分配実験から測定する内核の組成2017

    • 著者名/発表者名
      大谷栄治、坂巻竜也、生田大穣、田中遼介、福井宏之、バロンアルフレッド
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2017年年会
  • [学会発表] 圧力起因の玄武岩質ガラスの構造変化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] 高温高圧実験によるアノーサイトメルトの粘度と月玄武岩の弾性波速度の測定2017

    • 著者名/発表者名
      坂巻竜也
    • 学会等名
      第13回月地殻研究会
    • 招待講演
  • [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
      久野直毅、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
  • [学会発表] 川井型プレスを用いたX線イメージング吸収法による固体鉄の密度測定2017

    • 著者名/発表者名
      寺﨑英紀、下山裕太、西田圭佑、坂巻竜也、柴﨑裕樹、肥後祐司
    • 学会等名
      第58回高圧討論会

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公開日: 2018-12-17  

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