超高圧地球科学:最下部マントル・中心核の物質学

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19674003
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 廣瀬 敬 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50270921)
• キーワード: マントル / 核 / ポストペロフスカイト / 超高圧

研究概要

本研究は地球の最下部マントルおよび中心核に相当する超高圧高温状態を実験室で実現し、地球深部の物性を実験的に明らかにしようとするものである。本年度は、まずX線回折実験の結果、MgSiO3組成におけるポストペロフスカイト相転移境界を170万気圧4400ケルビンに至る幅広い圧力温度条件下で決定することに成功し、コア・マントル境界圧力における転移温度は約3500ケルビンであることがあきらかになった。地震学的観測で得られている対の不連続面の深さからマントル最下部の温度構造を見積もることに成功した。また適当な熱伝導率を仮定すると、コアからの熱流量は約7テラワット程度であることがわかった。さらに、Fe-Ni系の状態図を300万気圧2000ケルビンまで決定し、Niの存在によりfcc構造相の安定領域が大きく拡大することがあきらかになった。また、超高圧下で合成した試料の化学組成分析を行った結果、最下部マントル鉱物間における鉄分配と鉄の2価・3価比を決定し、ポストペロフスカイト相はぺロフスカイト相よりもやや鉄に乏しいこと、鉄の2価・3価比は両相ともあまり変わらないことがあきらかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Development of in situ Brillouin spectroscopy at high pressure and high temperature with synchrotron radiation and infrared laser heating system : Application to the Earth's deep interior (2009)
  • 著者名/発表者名: Murakami, M., Asahara, Y., Ohishi, Y., Hirao, N., Hirose. K
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elasticity of MgO to 130 GPa : Implications for lower mantle mineralogy (2009)
  • 著者名/発表者名: Murakami, M., Ohishi, Y. Hirao, N., Hirose, K.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 277 ページ: 123-129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of post-perovskite phase transition boundary in MgSiO3 up to 4400 K and implications for thermal structure at the base of the mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: Tateno, S., Hirose. K., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 277 ページ: 130-136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stagnant slab : A review (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y., et al. the Deep Slab Project Group (Utada, H., et al. Hirose, K.)
  • 雑誌名: Annual Review of the Earth and Planetary Science (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study of reaction between perovskite and molten iron to 146 GPa and implications for chemical equilibrium at the core-mantle boundary (2009)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, H., Hirose, K., Mitome, M., Bando, Y., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Physic and Chemistry of Minerals (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高圧実験とマントルの相転移 (2009)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 敬
  • 雑誌名: 地震 (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations of iron-silicon alloys at high pressure and high temperature (2009)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, Y., Sawai, T., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation of CAS phase in the uppermost lower mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi, K., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 35 ページ: 197-200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical equilibrium between ferropericlase and molten iron to 134 GPa and implications for iron content at the bottom of the mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, H., Hirose, K., Mitome, M., Bando, Y., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 35 ページ: L05308, doi:10.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The electrical conductivity of post-perovskite in Earth's D", layer (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Onoda, S., Hirose. K., Sinmyo, R., Shimizu, K., Sata, N., Ohishi, Y., Yasuhara, A
  • 雑誌名: Science 320 ページ: 89-91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of post-perovskite phase transition and new views on the core-mantle boundary region (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirose. K., Lay
  • 雑誌名: Elements 4 ページ: 183-189
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous volume measurements of Au and MgO to 140 GPa and thermal equation of state of Au based on MgO pressure scale (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Sata, N., Komabayashi, T., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 167 ページ: 149-154
  • 査読あり
• [雑誌論文] PVT relations in MgO : an ultra-high P-T scale for planetary science applications (2008)
  • 著者名/発表者名: Wu, Z., R. Wentzcovitch, K. Umemoto, Li, B., Hirose, K., Zheng, J
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113 ページ: doi: 10.1029/2007JB005275
  • 査読あり
• [雑誌論文] The compression of H2O ice to 126 GPa and implications for hydrogen-bond symmetrization : Synchrotron x-ray diffraction measurements and density-functional calculations (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugimura, E., Iitaka, T., Hirose, K., Kawamura, K., Sata, N., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Physical Review B 77 ページ: 214103-214103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron partitioning between perovskite and post-perovskite : A transmission electron microscope study (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Takafuii, N., Fujino, K., Shieh, S. R., Duffy, T. S
  • 雑誌名: American Mineralogist 93 ページ: 1678-1681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferric iron content in (Mg, Fe)SiO3 perovskite and post-perovskite in the deep lower mantle conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: Sinmyo, R., Ozawa, H. . Hirose. K., Yasuhara, A., Endo, N
  • 雑誌名: American Mineralogist 93 ページ: 1899-1902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly intense monochromatic X-ray diffraction facility for high-pressure researchat SPring-8 (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohishi, Y., Hirao, N., Sata, N., Hirose, K., Takata, M
  • 雑誌名: High Pressure Research 28 ページ: 163-173
  • 査読あり
• [雑誌論文] レーザー加熱式ダイヤモンドセルを用いた(Mg, Fe)SiO3ポストペロフスカイト相の電気伝導度測定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 太田健二, 廣瀬敬, 新名良介, 小野田朱々江, 清水克哉
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 18巻(3) ページ: 260-266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Partitioning of iron between perovskite/post-perovskite and ferropericlase in the lower mantle (2008)
  • 著者名/発表者名: Sinmyo, R., Hirose, K., et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 113 ページ: doi: 10.1029/2008JB005730
  • 査読あり
• [学会発表] Experimental study of reaction between perovskite and molten iron to 146 GPa and implications for chemically-distinct buoyant layer at the top of the core (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K
  • 学会等名: Fall Meeting, American Geophysical Union
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] High-pressure phase transitions of deep Earth materials (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K
  • 学会等名: IUCr 2008
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2008-08-26