超高圧地球科学:最下部マントル・中心核の物質学

2010 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。研究目的の大きな柱のひとつであった、地球中心に相当する超高圧・超高温(364万気圧・5000ケルビン以上)の発生に昨年度末までに初めて成功した。そこで、今年度前半に実験を繰り返し行って、地球最深部に位置する内核における鉄の結晶構造が六方最密充填構造であることを世界で初めてあきらかにした。また、下部マントル全域にわたる高圧下で、シリケイトメルトと下部マントルの代表的鉱物ペロフスカイト相との間の鉄の分配を実験的に調べた結果、75万気圧以上で分配係数が大きく変化し、メルト中に鉄が濃集することがわかった。さらに密度計算を行った結果、深さ1800kmより下の深部マントルでは、部分融解液が周囲の固体マントルよりも重く、下へ沈むことがあきらかになった。このことは、原始地球を覆っていたとされるマグマの海(マグマオーシャン)が地球表層のみならず、固体マントルの下にも広がっていたことを示唆する。マントル深部のマグマの海はゆっくりと冷却・固結し、いまでもマントルの底にわずかに残って、それが現在観測される地震波の超低速度域になっている可能性を示した。その他、MnGeO3を用いたアナログ実験により、最下部マントルの主要鉱物ポストペロフスカイト相のすべり面は001面であることをあきらかにした。このことにより、最下部マントルに観測される横波の偏光異方性はポストペロフスカイト相の変形によって説明されることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal diffusivity measurement in diamond anvil cell using light pulse thermore flectance technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Yagi, T., Ohta, K., Kobayashi, K., Taketoshi, N., Hirose, K., Baba, T.
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology 巻: 22 ページ: 024011
  • 査読あり
• [雑誌論文] The structure of iron in Earth's inner core (2010)
  • 著者名/発表者名: Tateno, S., Hirose, K., Ohishi, Y., Tatsumi, Y.
  • 雑誌名: Science 巻: 330 ページ: 359-361
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Soret effect in laser-heated diamond-anvil cell (2010)
  • 著者名/発表者名: Sinmyo, R., Hirose, K.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 180 ページ: 172-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sound velocity measurement in liquid water up to 25 GPa and 900 K : Implications for densities of water at lower mantle conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: Asahara, Y., Murakami, M., Ohishi, Y., Hirao, N., Hirose, K.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 289 ページ: 479-485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivities of pyrolitic mantle and MORB materials up to the lower most mantle conditions (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Hirose, K., Shimizu, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 289 ページ: 497-502
  • 査読あり
• [雑誌論文] The electrical resistance measurements of (Mg, Fe) SiO_3 perovskite and implications for iron spin transition (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Hirose, K., Shimizu, K.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 180 ページ: 154-158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural distortion of CaSnO_3 perovskite under pressure and the quenchable post-perovskite phase as a low-pressure analogue to MgSiO_3 (2010)
  • 著者名/発表者名: Tateno, S., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 181 ページ: 54-59
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compression of FeSi, Fe_3C, Fe_0.95O, and FeS under the core pressures and implication for light element in the Earth's core (2010)
  • 著者名/発表者名: Sata, N., Hirose, K., Shen, G, Ohishi, Y., Hirao, N.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 115 ページ: B09204, doi : 10.1029/2009JB006975
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-temperature compression of ferropericlase and the effect of temperature on iron spin transition (2010)
  • 著者名/発表者名: Komabayashi, T., Hirose, K., Sugimura, E., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 297 ページ: 691-699
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise determination of post-stishovite phase transition boundary and implications for seismic heterogeneities in the mid-lower mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: Nomura, R, Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 183 ページ: 104-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous high-pressure and -temperature volume measurements of ice VII and its thermal equation of state (2010)
  • 著者名/発表者名: Sugimura, E., Komabayashi, T., Hirose, K., Sata, N., Ohishi, Y., Dubrovinsky, L.S.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82 ページ: 134103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformation of MnGeO_3 post-perovskite at lower mantle pressure and temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Nagaya, Y., Merkel, S., Ohishi. Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 37 ページ: L20302, doi : 10.1029/2010GL044977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelastic properties of ice VII and its high-pressure polymorphs : Implications for dynamics of cold slab subduction in the lower mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: Asahara, Y., Hirose, K, Ohishi, Y., Hirao, N.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 299 ページ: 474-482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental evidence for metal FeO with normal NiAs-type structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K, Hirose, K., Shimizu, K., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82 ページ: 174120
  • 査読あり
• [学会発表] Measurements of electrical conductivity of lower mantle minerals (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K.
  • 学会等名: Fall Meeting, American Geophysical Union
  • 発表場所: サンフランシスコ
  • 年月日: 20101200
• [学会発表] Spin transition and iron-rich silicate melt in the deep mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K.
  • 学会等名: Fall Meeting, American Geophysical Union
  • 発表場所: サンフランシスコ
  • 年月日: 20101200
• [学会発表] Perovskite and Post-perovskite in the Earth's Deep Mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K.
  • 学会等名: International Mineralogical Assembly
  • 発表場所: ブダペスト
  • 年月日: 2010-08-27