下部マントルへの水の運搬とその貯蔵能力の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03740
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 井上 徹 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (00291500)
• 研究分担者: 肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10423435) ; 栗林 貴弘 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20302086)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 地球深部水 / 高圧含水鉱物 / 上部マントル / マントル遷移層 / 下部マントル / 水の輸送 / 水の貯蔵庫 / マントルダイナミクス

研究実績の概要

本年度も前年度同様、「下部マントルへの水の運搬とその貯蔵能力の解明」に関する研究を推進すべく、実験的研究を遂行した。特にAl3+とH+のカップリング置換現象が重要であると考えており、下記の研究を引き続き遂行した。
下部マントルの主要構成鉱物であるbridgmanite中へのAl固溶の影響の解明。マントル遷移層から下部マントルにかけて重要な各種高圧含水相中へのAl固溶の影響の解明。高圧含水鉱物におけるFeの影響の解明。高圧含水鉱物の熱弾性的性質及び弾性波速度の解明。
その中で特に2021年度には以下のSCI論文を公表した。
１）高圧含水相phase Aの高温高圧下での熱弾性的性質（状態方程式）の解明、及び弾性波速度の解明に関する研究（Yang et al., Cai.et al.）。２）高圧含水相superhydrous phase B中へのAlの固溶の影響、及びその結晶構造解析に関する研究（Kakizawa et al.）。３）高圧含水相phase Dの高温高圧下での弾性波速度の解明に関する研究（Xu et al.）。４）各種高圧含水相の温度圧力安定領域におけるAlの影響の解明に関する研究（Xu et al.）。５）高圧含水相phase Dとbridgmanite中へのAlの分配の解明に関する研究（Xu et al.）。６）プレートの沈み込みに伴う炭酸塩変質泥岩の安定性と熔融、アルカリに富んだ炭酸塩マグマの起源に関する研究、及び地球内部での水及び炭素の循環についての研究（Chen et al.）。７）高圧含水相phase DにおけるFeの影響の解明、及びその融点降下に対する溶融関係の解明に関する研究（Xu et al.）。
これら以外に更に公表論文の執筆を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ストニーブルク大学/デラウエア大学/シカゴ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ストニーブルク大学/デラウエア大学/シカゴ大学
• [国際共同研究] 中国地震局/中国科学院大学/北京大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国地震局/中国科学院大学/北京大学
• [国際共同研究] モスクワ州立大学(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: モスクワ州立大学
• [雑誌論文] Melting phase relation of Fe-bearing Phase D up to the uppermost lower mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: Xu Chaowen、Inoue Toru、Gao Jing、Noda Masamichi、Kakizawa Sho
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 107 ページ: 343～349
  • DOI: 10.2138/am-2021-7907
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Depressed 660-km discontinuity caused by akimotoite-bridgmanite transition (2022)
  • 著者名/発表者名: Chanyshev Artem、Ishii Takayuki、Bondar Dmitry、Bhat Shrikant、Kim Eun Jeong、Farla Robert、Nishida Keisuke、Liu Zhaodong、Wang Lin、Nakajima Ayano、Yan Bingmin、Tang Hu、Chen Zhen、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Katsura Tomoo
  • 雑誌名: Nature 巻: 601 ページ: 69～73
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04157-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] P-V-T equation of state of hydrous phase A up to 10.5 GPa (2021)
  • 著者名/発表者名: Yang Cuiping、Inoue Toru、Kikegawa Takumi
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 106 ページ: 1～6
  • DOI: 10.2138/am-2020-7132
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-crystal X-ray structure refinement of Al-bearing superhydrous phase B (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakizawa Sho、Inoue Toru、Kuribayashi Takahiro
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 48 ページ: 1～11
  • DOI: 10.1007/s00269-021-01152-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic properties of Mg-phase D at high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu Chaowen、Li Ying、Inoue Toru、Greaux Steeve、Li Qingze、Gao Jing、Sun Fengxia、Fang Leiming
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 41 ページ: 233～246
  • DOI: 10.1080/08957959.2021.1954177
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced Visibility of Subduction Slabs by the Formation of Dense Hydrous Phase A (2021)
  • 著者名/発表者名: Cai Nao、Qi Xintong、Chen Ting、Wang Siheng、Yu Tony、Wang Yanbin、Inoue Toru、Wang Duojun、Li Baosheng
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2021GL095487
  • DOI: 10.1029/2021GL095487
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Al on the stability of dense hydrous magnesium silicate phases to the uppermost lower mantle: implications for water transportation into the deep mantle (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu Chaowen、Inoue Toru、Kakizawa Sho、Noda Masamichi、Gao Jing
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 48 ページ: 1～10
  • DOI: 10.1007/s00269-021-01156-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Al partitioning between phase D and bridgmanite at the uppermost lower mantle pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu Chaowen、Kakizawa Sho、Greaux Steeve、Inoue Toru、Li Ying、Gao Jing
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 48 ページ: 1～6
  • DOI: 10.1007/s00269-021-01163-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melting of carbonated pelite at 5.5-15.5 GPa: implications for the origin of alkali-rich carbonatites and the deep water and carbon cycles (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Xueqian、Wang Meili、Inoue Toru、Liu Qiong、Zhang Lifei、Bader Thomas
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 177 ページ: 1～21
  • DOI: 10.1007/s00410-021-01867-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phase relations of the Al2O3-SiO2 system at 13-21 GPa and 2300-2800 K and a new high-pressure Al2Si2O7 phase (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou Youmo、Irifune Tetsuo、Kuribayashi Takahiro
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 48 ページ: Art. #26
  • DOI: 10.1007/s00269-021-01149-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modulated structure of hemimorphite associated with pressure-induced phase transition (2021)
  • 著者名/発表者名: OKAMOTO Keitaro、KURIBAYASHI Takahiro、NAGASE Toshiro
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 116 ページ: 251～262
  • DOI: 10.2465/jmps.210731
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous measurement of ultrasonic elastic wave velocities, X-ray radiography and X-ray diffraction of Zr50Cu40Al10 metallic glass at high pressure and high temperature conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kono Yoshio、Higo Yuji、Greaux Steeve、Shibazaki Yuki、Yamada Rui、Kuwahara Hideharu、Kondo Nozomi
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 41 ページ: 219～232
  • DOI: 10.1080/08957959.2021.1941000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic properties and structures of pyrope glass under high pressures (2021)
  • 著者名/発表者名: Hisano Naoki、Sakamaki Tatsuya、Ohashi Tomonori、Funakoshi Ken-ichi、Higo Yuji、Shibazaki Yuki、Suzuki Akio
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 106 ページ: 7～14
  • DOI: 10.2138/am-2020-7410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sound Velocity of MgSiO3 Majorite Garnet up to 18 GPa and 2000 K (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou Chunyin、Greaux Steeve、Liu Zhaodong、Higo Yuji、Arimoto Takeshi、Irifune Tetsuo
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2021GL093499
  • DOI: 10.1029/2021GL093499
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low Velocity Zones in the Martian Upper Mantle Highlighted by Sound Velocity Measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: Xu F.、Siersch N. C.、Greaux S.、Rivoldini A.、Kuwahara H.、Kondo N.、Wehr N.、Menguy N.、Kono Y.、Higo Y.、Plesa A.C.、Badro J.、Antonangeli D.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2021GL093977
  • DOI: 10.1029/2021gl093977
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Increase of nitrogen solubility with increasing iron concentration in lower-mantle minerals: formation of deep nitrogen reservoir through solidification of magma ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuyama K., Kagi H., Inoue T., Kakizawa S., Shinmei T., Sano Y., Takahata N., Hishita S., Deligny C., Furi E.
  • 学会等名: 4th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Al on high pressure hydrous minerals stable under mantle transition zone P-T condition (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohta, A., Inoue, T., Noda, M., Shinmei, T., Irifune, T., Sakamoto, N., Yurimoto, H.
  • 学会等名: 4th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Al on stability and crystal strucutre of superhydrous phase B (2021)
  • 著者名/発表者名: Sho Kakizawa, Toru Inoue, Hiroto Nakano, Minami Kuroda, Takahiro Kuribayashi, Naoya Sakamoto, Hisayoshi Yurimoto
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会（JpGU2021）
  • 国際学会
• [学会発表] Reassessment of bond correction for in situ ultrasonic interferometry on elastic wave velocity measurement under high pressure and high temperature (2021)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Noda, Toru Inoue, Taku Tsuchiya, Yuji Higo
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会（JpGU2021）
  • 国際学会
• [学会発表] Increase of nitrogen solubility in ferropericlase and bridgmanite by iron incorporation under lower-mantle conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Inoue, Sho Kakizawa, Toru Shinmei, Yuji Sano, Naoto Takahata, Shunichi Hishita, Cecile Deligny, Evelyn Furi,
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会（JpGU2021）
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of high oxygen fugacity on melting temperature of wadsleyite (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Yamaguchi, Takaaki Kawazoe, Toru Inoue
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会（JpGU2021）
  • 国際学会
• [学会発表] ウォズリアイトの熔融温度に及ぼす高酸素分圧の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口和貴、川添貴章、井上徹
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] マントル遷移層～下部マントル条件下で安定な高圧含水鉱物におけるAlの影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 太田明緒、井上徹、野田昌道、柿澤翔、川添貴章、佐藤友子、新名亨、入舩徹男、坂本直哉、圦本尚義
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] Mg2SiO4ワズレアイトのエンタルピーの再決定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 糀谷浩、井上徹、野田昌道、赤荻正樹
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] (Mg,Fe)2SiO4系ポストスピネル相転移における水の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 篠田由梨，井上徹，柿澤翔，野田昌道，川添貴章，佐藤友子、新名亨、入舩徹男
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] 下部マントル最上部条件におけるAlを含む無水ブリッジマナイトの存在可能領域 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上野恭史、井上徹、野田昌道、柿澤翔、川添貴章、佐藤友子、新名亨、入舩徹男、尾原幸治
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] 上部条件におけるAlを含む無水ブリッジマナイトの存在可能領域 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野田昌道、井上徹、柿澤翔、川添貴章、新名亨、入舩徹男、尾原幸治
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] 下部マントル最上部におけるマグマ中の含水量の温度・圧力依存性の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 奥村晃太、井上徹、柿澤翔、野田昌道、川添貴章、佐藤友子、新名亨、入舩徹男
  • 学会等名: 2021年鉱物科学会
• [学会発表] stishovite及び下部マントル主要鉱物への窒素溶解度: 大気-マントル共進化過程への考察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福山 鴻、鍵 裕之、井上 徹、柿澤 翔、新名 亨、菱田 俊一、高畑 直人、佐野 有司、Cecile Deligny、Evelyn Furi
  • 学会等名: 2021年球化学会
• [備考] 広島大学 プレート収束域の物質科学研究拠点
  • URL: https://hiper.hiroshima-u.ac.jp/
• [備考] 広島大学 理学部 地球惑星システム学科
  • URL: https://depss.hiroshima-u.ac.jp/gs/index.html