下部マントルにおけるマグマの密度と地球深部分化過程の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01985
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 昭夫 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20281975)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: マグマ / マントル / ケイ酸塩メルト / 揮発性元素 / 水 / 高圧力 / 放射光 / 密度

研究実績の概要

本研究課題は，地球内部の高温高圧力環境にあるマグマの構造と物性に関するものである．地殻から上部マントル上部で発生するケイ酸塩メルト（マグマ）は地表に向かって移動して噴出（噴火）するが，地球深部で発生するマグマは周囲との密度差などが原因で地球深部に滞留するものもあることが知られている．しかしながら，メルトには微量元素が濃集する傾向があるため，地表に噴出しなくとも地球内部の分化に多大な影響を与えるため，ケイ酸塩メルト（マグマ）の挙動および挙動を左右する物性を知ることは極めて重要である．
マグマはSiO2を主成分とするケイ酸塩メルトであるが，SiO4ネットワーク発達の度合いが物性に大きく影響している．一方，ナトリウムは揮発性元素として知られている一方，SiO4の網目を切る網目修飾イオンの代表であり，メルト物性の研究で重要視されている．我々はナトリウムケイ酸塩メルトについて放射光を用いたX線影像落球法による高温高圧その場観察粘度測定を従来よりも広い温度・圧力範囲でおこない，従来試料急冷法で報告されていた粘度よりも１桁程度低い組成範囲があることを明らかにした．これにより，ナトリウムがケイ酸塩メルトの物性に従来考えられていたよりも大きく影響することが示された．また，ナトリウムケイ酸塩メルトに水を含ませたメルトのP-V-T状態方程式と構造変化に関する研究をおこない，従来よりも高温高圧力下で水によるメルトの構造変化を決定することに成功するとともに，マグマ中の水素が構造と物性に与える影響を評価した．また，マグマ中での水の部分モル体積についても従来よりも広い温度・圧力範囲で決定することができ，地球深部の様々なP-T条件で含水マグマの密度を計算できるようになった．

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Spin-Flop Transition of <i>ε</i>-FeOOH at 8 GPa (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Osamu、Sakamaki Tatsuya、Mitsui Takaya、Fujiwara Kosuke、McCammon Catherine A.、Suzuki Akio
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 92 ページ: 043702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.92.043702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of basaltic glass at pressures up to 18 GPa (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Tomonori、Sakamaki Tatsuya、Funakoshi Ken-ichi、Hattori Takanori、Hisano Naoki、Abe Jun、Suzuki Akio
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 107 ページ: 325～335
  • DOI: 10.2138/am-2021-7742
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction study of the phase boundary between diaspore and δ?AlOOH (2022)
  • 著者名/発表者名: SUZUKI Akio
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 117 ページ: n/a～n/a
  • DOI: 10.2465/jmps.211215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <i>P</i>-<i>V</i>-<i>T</i> equation of state of α-ScOOH. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito Yoshiaki、Ikeda Osamu、Sakamaki Tatsuya、Kuribayashi Takahiro、Suzuki Akio
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 42 ページ: 200～212
  • DOI: 10.1080/08957959.2022.2089568
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Method for Determining Fluid Flux at High Pressures Applied to the Dehydration of Serpentinites (2022)
  • 著者名/発表者名: Eberhard L.、Thielmann M.、Eichheimer P.、N?ri A.、Suzuki A.、Ohl M.、Fujita W.、Uesugi K.、Nakamura M.、Golabek G. J.、Frost D. J.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: e2021GC010062
  • DOI: 10.1029/2021GC010062
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ X-ray diffraction and radiography of iron?silicate?water?sulfur system simulating behaviors of light elements during early Earth’s core?mantle segregation (2022)
  • 著者名/発表者名: Iizuka-Oku Riko、Gotou Hirotada、Suzuki Akio、Kagi Hiroyuki
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 42 ページ: 349～363
  • DOI: 10.1080/08957959.2022.2148207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase boundary of FeOOH at high pressure and temperature (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, O., Sakamaki, T., Ohashi, T., Ito, Y., and Suzuki, A.,
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 39 ページ: 10
• [雑誌論文] In-situ X-ray diffraction study of phase transitions in ScOOH (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Ikeda, O., Ban, R., Kubota, T., Sakamaki, T., Kuribayashi, T., and Suzuki, A.,
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 39 ページ: 14
• [雑誌論文] Evaluation of Another Disposal Type of 6-6 Frame for High-Pressure Experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Fuchizaki, K., Naruta, H., Nakamura, K., Wada, T., Tanaka, M., and Suzuki, A.,
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 39 ページ: 76
• [学会発表] Carbon isotopic analysis of microcrystalline diamond samples recovered from MA experiments by NanoSIMS (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawamura H., Takahata N., Ishida A., Sasaki K., Shirai K., Ohfuji H., Suzuki A.,
  • 学会等名: 5th International Seminar "High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment"
  • 国際学会
• [学会発表] 高圧その場中性子・X線回折実験から探る玄武岩質ガラスの構造：回折ピークと酸素の配位構造の圧力依存性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大橋智典，坂巻竜也，舟越賢一，服部高典，鈴木 昭夫
  • 学会等名: 2022年度 J-PARC MLF 利用者懇談会 液体・非晶質研究会
  • 招待講演
• [学会発表] SnI4常圧結晶と高圧結晶相境界付近の融解曲線 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渕崎員弘, 鈴木昭夫，西岡拓哉
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Structure of hydrous sodium silicate melts at high pressures and high temperatures by in-situ neutron and X-ray diffraction experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Funakoshi, K., Hattori, T., and Suzuki, A.,
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] The partial molar volume of Fe2O3 in magma under high pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Ban, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.,
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Decomposition mechanism of magnesite in the presence of C-H-O fluids at high-pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawamura, H., Ohfuji, H., and Suzuki, A.,
  • 学会等名: IMA 2022 Mineralogy and Space
  • 国際学会
• [学会発表] ヨウ化錫の圧力誘起非晶質化再考 (2022)
  • 著者名/発表者名: 成田博貴, 渕崎員弘, 中村克巳, 大内智博, 長谷貴樹, 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] マントルオリビンの非平衡相転移によるせん断不安定化と超塑性：遷移層スラブの多結晶組織進化とレオロジー (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保友明，本田陸人，後藤祐太，今村公裕，宮原正明，肥後祐司，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2022年年会
• [学会発表] Density of sodium silicate melt at high pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2022年年会
• [学会発表] オリビン－リングウッダイト相転移が誘起するせん断不安定化と軟化現象の実験的解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本田陸人，久保友明，宮原正明，岩里拓弥，森悠一郎，肥後祐司，坪川祐美子，後藤佑太，鈴木昭夫，柴崎裕樹
  • 学会等名: 第63回高圧討論会
• [学会発表] ε-FeOOHの鉄スピン転移と弾性波速度 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田理，坂巻竜也，福井宏之，内山裕士，三井隆也，藤原孝将，BARON Alfred，鈴木昭夫
  • 学会等名: 第63回高圧討論会
• [図書] 高圧力の科学・技術事典 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本高圧力学会
  • 総ページ数: 500
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-10297-0
• [備考] Researchmap 鈴木昭夫
  • URL: https://researchmap.jp/read0052305