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2022 年度 実施状況報告書

先進的高温高圧実験技術と弾性波速度測定技術を組み合わせた地球深部物質探索

研究課題

研究課題/領域番号 19KK0085
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 柿澤 翔  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, テニュアトラック研究員 (10846819)
川添 貴章  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (40527610)
佐藤 友子  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (80553106)
安東 淳一  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (50291480)
研究期間 (年度) 2019-10-07 – 2024-03-31
キーワード高温高圧実験 / 弾性波速度測定 / 放射光実験 / 地球深部物質 / マントルダイナミクス / 上部マントル / マントル遷移層 / 下部マントル
研究実績の概要

本研究の目的は、日本側の最先端の高温高圧実験技術と米国側の最先端の弾性波速度測定技術・放射光X線その場観察実験技術を組み合わせて、地球深部物質の高温高圧下での弾性波速度測定実験を無水及び含水条件下で遂行し、地球深部物質の探索を行おうというものである。そしてこの国際共同研究強化Bを通じて、更なる強い国際協力関係を構築し、特に若手研究者へこの協力関係を伝承していくことが目的である。
コロナ禍でお互いの行き来は制約されたが、電子メールやオンラインを有効に用いて共同研究を遂行した。弾性波速度測定技術・放射光X線その場観察実験技術を組み合わせた研究に関しては、マントル遷移層付近で重要となる高圧含水相(超含水B相)の高温高圧下での弾性波速度測定の研究成果を出版できた。この論文の筆頭著者は研究代表者の元指導学生であり、現在は中国(中国地震局)で活躍している。さらに、超音波法による高圧下での弾性波速度測定においてはボンド補正が極めて重要となるが、その補正法について考察した論文を出版できた。この論文の筆頭著者は研究代表者の指導学生であり、博士号を取得後、デラウエア州立大学へポスドクとして採用された。このように、若手研究者育成に貢献できた。
特にGwanmesia教授とは密接なやり取りの下、含水ワズレアイトに関する共同研究を進めている。この国際共同研究により、上記のように研究代表者の指導学生がデラウエア州立大学ポスドクとして採用されたことは特筆に値する。
加えてこの国際共同研究強化Bから派生したロシア研究者との国際共同研究も実を結んでおり、日露二国間共同研究へと広げて共同研究を遂行している。2023年1月16-17日にはオンラインセミナー「5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”」を開催し、高温高圧実験に関する議論を行った。

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

コロナ禍でお互いの行き来は制約されたが、海外の研究者とは主に電子メールでのやり取りの基、研究を進めた。その中で弾性波速度測定技術・放射光X線その場観察実験技術を組み合わせた研究として特記すべき成果は、1)マントル遷移層付近で重要となる高圧含水相(超含水B相)の高温高圧下での弾性波速度測定に関する研究の出版(若手研究者Xu博士の育成)、2)超音波速度測定法において極めて重要となるボンド補正に関する研究の出版及び博士号授与(若手研究者野田博士の育成)、3)野田博士の米国デラウエア州立大学ポスドクの採用、4)Gwanmesia教授との含水ワズレアイトの良質焼結体の合成及びその詳細なキャラクタリゼーションの研究、5)アメリカシカゴ放射光施設APSにおける放射光X線その場観察実験の実施(Gabriel教授と野田博士による)等である。さらに、本国際共同研究強化Bから派生した国際共同研究としては、6)ロシア研究者との日露二国間共同研究、7)2023年1月16-17日にかけてのオンラインセミナー「5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”」の開催、等がある。このように国際共同研究の幅が着実に広げられている。

今後の研究の推進方策

引き続き日本側で培った技術を用いて、弾性波速度測定に耐えうる試料合成を行う。高圧合成実験は、広島大学及び愛媛大学GRC設置の川井型マルチアンビル高圧発生装置を併用して行う。非常に透光性の高い、すなわち焼結度の高い試料合成を行うため、出発試料としてはコンテナレス法(浮遊法)で合成したガラスを用いる。この出発試料作製はSPring-8のBL04B2設置の装置を用いて行う。加えて、含水ワズレアイトの合成も行う。合成に成功した試料については、X線回折装置、走査型電子顕微鏡、電子線プローブマイクロアナライザー、及び透過型電子顕微鏡においてキャラクタリゼーションを行う。
加えて、研究代表者の研究室で博士号を取得した野田氏のデラウエア州立大学ポスドク異動に伴い、アメリカ側での弾性波速度測定を強力に推進する。既にアメリカシカゴ放射光施設APSでの放射光ビームタイムがアサインされており、Gabriel教授と野田氏の主導の基、アメリカ側での弾性波速度測定実験について力を入れて行く。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症対策のため、海外出張が規制されて、当初予定していた米国出張が困難となった。その分が次年度繰越という形で、次年度使用額が生じた。研究としては電子メールで密接なやり取りを行い、国際共同研究を遂行した。
今年度の使用計画であるが、基本的にこの繰越分は海外出張旅費に使用する予定である。弾性波速度測定に耐えうる試料が合成されれば海外の共同研究者に郵送し、測定を開始する。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 7件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ストニーブルク大学/デラウエア州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ストニーブルク大学/デラウエア州立大学
  • [国際共同研究] 中国地震局/北京大学/中国科学院大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国地震局/北京大学/中国科学院大学
  • [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] Temperature dependence of nitrogen solubility in bridgmanite and evolution of nitrogen storage capacity in the lower mantle2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuyama Ko、Kagi Hiroyuki、Inoue Toru、Kakizawa Sho、Shinmei Toru、Sano Yuji、Deligny Cecile、Furi Evelyn
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: 3537

    • DOI

      10.1038/s41598-023-30556-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Melting of Fe-bearing and Fe-free carbonated pelites under fluid-saturated conditions at 6 GPa2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Xueqian、Wang Meili、Inoue Toru、Liu Qiong、Zhang Lifei
    • 雑誌名

      Journal of Petrology

      巻: 64 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1093/petrology/egad025

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Twinning in hydrous wadsleyite: symmetry relations, origin, and consequences2023

    • 著者名/発表者名
      Miyajima, N., J. Buchen, and T. Kawazoe.
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.2138/am-2022-8596

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sound Velocities of Superhydrous Phase B up to 21 GPa and 900 K2022

    • 著者名/発表者名
      Xu Chaowen、Greaux Steeve、Inoue Toru、Noda Masamichi、Gao Jing、Li Ying
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 49 ページ: e2022GL098674

    • DOI

      10.1029/2022GL098674

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Reassessment of a bond correction method for in situ ultrasonic interferometry on elastic wave velocity measurement under high pressure and high temperature2022

    • 著者名/発表者名
      Noda Masamichi、Inoue Toru、Tsuchiya Taku、Higo Yuji
    • 雑誌名

      High Pressure Research

      巻: 42 ページ: 278~293

    • DOI

      10.1080/08957959.2022.2112677

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enthalpy, heat capacity and thermal expansivity measurements of MgSiO3 akimotoite: Reassessment of its self-consistent thermodynamic data set2022

    • 著者名/発表者名
      Kojitani Hiroshi、Yamazaki Monami、Tsunekawa Yuki、Katsuragi Shiho、Noda Masamichi、Inoue Toru、Inaguma Yoshiyuki、Akaogi Masaki
    • 雑誌名

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      巻: 333 ページ: 106937~106937

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2022.106937

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of iron on the post-spinel phase transition under anhydrous and hydrous conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Rei Torigoe, Toru Inoue, Yuri Shinoda, Takaaki Kawazoe,Masamichi Noda, Yasushi Ueno
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会(JpGU2022)
  • [学会発表] Influence of high oxygen fugacity on melting temperature of wadsleyite2022

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Yamaguchi, Takaaki Kawazoe, Toru Inoue, Takeshi Sakai
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会(JpGU2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Reaction mechanism between hydrous bridgmanite and metallic iron: implications for the origin of ultralow-velocity zones2022

    • 著者名/発表者名
      Katsutoshi Kawano, Masayuki Nishi, Sho Kakizawa, Toru Inoue, Tetsuo Irifune, Tadashi Kondo
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会(JpGU2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Al substitution for dense hydrous magnesium silicates2022

    • 著者名/発表者名
      Toru Inoue, Akio Ohta, Masamichi Noda
    • 学会等名
      23rd General Meeting of the International Mineralogical Association(IMA2022)
    • 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2022

    • 著者名/発表者名
      山口和貴、川添貴章、井上徹、境毅
    • 学会等名
      2022鉱物科学会
  • [学会発表] カンラン石の単結晶を用いた高温高圧実験によるウォズリアイトの熔融温度に及ぼす高酸素分圧の影響の解明2022

    • 著者名/発表者名
      山口 和貴・川添 貴章・井上 徹・境 毅
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] マントル遷移層条件下での含水マントルの熔融実験2022

    • 著者名/発表者名
      江木 祐介・井上 徹・奥村 晃太
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] MgO-SiO2-H2O 系におけるマントル遷移層~下部マントル最上部での溶融関係について2022

    • 著者名/発表者名
      奥村 晃太・井上 徹・川添 貴章・柿澤 翔・野田 昌道・入舩 徹男・新名 亨
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] ポストスピネル相転移における鉄及び水の影響2022

    • 著者名/発表者名
      鳥越 玲衣・井上 徹・川添 貴章・上野恭史・野田 昌道・篠田 由梨
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] 深部マントル鉱物中へのAl 置換の影響2022

    • 著者名/発表者名
      井上 徹・太田 明緒・川添 貴章・野田 昌道・柿澤 翔
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] 核ーマントル境界における水と鉄の交換反応2022

    • 著者名/発表者名
      河野 克俊・西 真之・柿澤 翔・井上 徹・入舩 徹男・近藤 忠
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] 輝石- ザクロ石系の高圧相転移における水の影響2022

    • 著者名/発表者名
      上野 恭史・井上 徹・川添 貴章・柿澤 翔・尾原 幸治・野田 昌道・新名 亨・入舩 徹男
    • 学会等名
      第63回高圧討論会
  • [学会発表] High-Pressure Synthesis of Deep Earth Materials to 28 GPa at High Temperature Using a Kawai-type Multi-Anvil Apparatus2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kawazoe, K. Yamaguchi, M. Noda and T. Inoue
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Synthesis of a High-Pressure Mineral, Wadsleyite, using a Kawai-Type Multi-Anvil Apparatus with Tungsten Carbide Anvils2022

    • 著者名/発表者名
      K. Yamaguchi, T. Kawazoe, T. Inoue and M. Noda
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Melting relations from the mantle transition zone to uppermost lower mantle in the MgO-SiO2-H2O system2022

    • 著者名/発表者名
      Okumura K., Inoue T., Kawazoe T., Kakizawa S., Noda M., Irifune T., Shinmei T.
    • 学会等名
      5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
    • 国際学会
  • [学会発表] Clarification of the effect of high oxygen fugacity on melting temperatures of wadsleyite by high-temperature and high-pressure experiments2022

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi K., Kawazoe T., Inoue T., Sakai T.
    • 学会等名
      5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
    • 国際学会
  • [学会発表] The effect of water on the high-pressure phase transition of pyroxene - garnet system2022

    • 著者名/発表者名
      Ueno T., Inoue T., Kawazoe T., Kakizawa S., Ohara K., Noda M., Shinmei T., Irifune T.
    • 学会等名
      5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature dependence of nitrogen solubility in bridgmanite: Evolution of the nitrogen storage capacity of the lower mantle2022

    • 著者名/発表者名
      Fukuyama K., Kagi H., Inoue T., Kakizawa S., Shinmei T.,Sano Y., Deligny C., Furi E.
    • 学会等名
      5th International Seminar “High-Pressure Mineralogy: Theory and Experiment”
    • 国際学会
  • [学会発表] MgO-SiO2-H2O 系におけるマントル遷移層~下部マントル最上部での溶融関係について2022

    • 著者名/発表者名
      奥村 晃太・井上 徹・川添 貴章・柿澤 翔・野田 昌道・入舩 徹男・新名 亨
    • 学会等名
      第9回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • [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2022

    • 著者名/発表者名
      山口和貴、川添貴章、井上徹、境毅
    • 学会等名
      第9回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • [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] 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 大学院先進理工系科学研究科 地球惑星システム学プログラム

    • URL

      https://depss.hiroshima-u.ac.jp/gs/index.html

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公開日: 2023-12-25  

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