高圧X線トモグラフィーを活用した高圧下のマグマ研究の推進

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0093
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 河野 義生 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (20452683)
• 研究分担者: 近藤 望 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特定研究員 (70824275) ; 桑原 秀治 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (50505394) ; 大平 格 学習院大学, 理学部, 助教 (90873159)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2023-03-31
• キーワード: メルト / X線トモグラフィー / 高圧 / 弾性波速度 / メルト構造

研究実績の概要

2022年度においても、新型コロナウィルスの影響により米国に直接渡航することはできなかったが、米国の放射光X線施設Advanced Photon Soucerの共同研究者と協働してリモート実験を行うことにより、APSにおける国際共同研究実験を日本からのリモートで実施した。2022年度は、若手研究者の大平が中心となり実験ビームタイム課題の申請を行い、APSでの高圧放射光X線実験を行った。APSの2022-2期において、2022年9月17日-19日にSiO2-Al2O3組成ガラスの高圧構造測定を行った。SiO2-Al2O3組成ガラスの研究については、SPring-8において高圧下での弾性波速度測定を行っており、その結果、高圧下における異常な弾性挙動と密度変化の発現圧力がAl2O3量により大きく変化することが明らかとなっている。APSにおける高圧構造測定から高圧下における弾性異常の構造メカニズムを理解することにより、ケイ酸塩マグマにおけるAl2O3量の変化が高圧下におけるマグマの構造と弾性挙動に与える影響について議論を進めている。さらに、APSでのビームタイム日程調整の結果、2023年度にずれ込んでしまったが、2023年4月11日-14日においてもAPSでの高圧放射光X線実験を行った。これらデータをまとめることにより、ケイ酸塩ガラスの高圧下における弾性率変化と構造の関係についての研究をまとめる。
また、2021年度にデータ収集を終えていたCaAl2O4ガラスの異常弾性挙動の研究について、その構造メカニズムを理解するための分子動力学シミュレーションを2022年度に行った。APSでの実験により得られているCaAl2O4ガラスの構造データとの比較により、CaAl2O4ガラスの高圧下における急激な弾性率増加の構造メカニズムの解明が進んでおり、現在論文の執筆を進めている。

研究成果

• [国際共同研究] Advanced Photon Source(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Advanced Photon Source
• [雑誌論文] Experimental evidence of tetrahedral symmetry breaking in SiO2 glass under pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Kono, K. Ohara, N. M. Kondo, H. Yamada, S. Hiroi, F. Noritake, K. Nitta, O. Sekizawa, Y. Higo, Y. Tange, H. Yumoto, T. Koyama, H. Yamazaki, Y. Senba, H. Ohashi, S. Goto, I. Inoue, Y. Hayashi, K. Tamasaku, T. Osaka, J. Yamada, and M. Yabashi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 2292
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30028-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 高圧環境下その場におけるガラスの構造・物性研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野義生，佐藤友子
  • 雑誌名: 放射光 巻: 35 ページ: 285-294
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高圧下におけるSiO2ガラスの四面体構造変化のその場測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野義生
  • 雑誌名: Spring-8/SACLA利用者情報 巻: 27 ページ: 294-299
• [学会発表] SiO2 ガラスにおける四面体構造の変化の高圧下その場放射光X 線測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野義生，尾原幸治，近藤望，山田大貴，廣井慧，則竹史哉，新田清文，関澤央輝，肥後祐司，丹下慶範，湯本博勝，小山貴久，山崎裕史，仙波泰徳，大橋治彦，後藤俊治，井上伊知郎，林雄二郎，玉作賢治，大坂泰斗，山田純平，矢橋牧名
  • 学会等名: 第63回高圧討論会
• [学会発表] MgSiO３ガラスとCaSiO3ガラスの異なる高圧構造変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 近藤望、河野義生、大平格、Rostislay Hrubiak, 尾原幸治、新田清文、関沢央輝
  • 学会等名: 地球化学会２０２２年度年会
• [学会発表] Structural study of silica-free calcium aluminate glass at high-pressures using the synchrotron X-ray facilities (2022)
  • 著者名/発表者名: I. Ohira, Y. Kono, S. Greaux, N. M. Kondo, R. Hrubiak, and Y. Higo
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022