地球内部での水及び二酸化炭素の挙動とその分布

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20244086
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 井上 徹 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (00291500)
• 研究分担者: 大藤 弘明 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (80403864) ; 西山 宣正 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (10452682) ; 山田 明寛 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, グローバルＣＯＥ助教 (00543167) ; 松影 香子 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, グローバルＣＯＥ准教授 (80343078) ; 安東 淳一 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50291480)
• キーワード: 地球深部 / 高温高圧実験 / 揮発性成分 / 水 / 高圧含水相 / マグマ / 放射光実験

研究概要

マントル中の地震学的不連続面に及ぼす水の影響として、特に沈み込むスラブの構成物質であるMORBとHarzburgiteにおいて、その相転移における水の影響を明らかにした。MORBにおいては、水の影響によりgarnet-perovskite相転移境界が著しく低圧側に移動する様子が見られた。また、Harzburgiteにおいても相転移境界の変化や鉱物組み合わせの変化が見出されてきている。
マントル鉱物間の水の分配については、ガーネットを含めた水の分配を下部マントル上部に相当する条件下まで明らかにした。それらのデータを整理し、全マントルでの水の分配の様子を構築した。
水に富んだ高圧流体相の振る舞いは、高圧下で生成されるマグマの含水量を制約し、その圧力変化を下部マントル上部における条件下まで予備的ではあるが解明した。さらに、放射光Ｘ線その場観察法により、これらの流体相・マグマの構造に関する研究を行った。またアメリカシカゴの放射光施設ＡＰＳに出向き、パリエジンバラプレスを利用した高圧マグマの構造解析の研究を可能にすべくその立ち上げ状況から着手し、その測定に弾性波速度測定とマイクロトモグラフィーによる高圧下での正確な体積測定（密度測定）を組み合わせるべく、その試みも行った。
これらに加えて、蛇紋石等のスラブで安定な含水鉱物に焦点を絞り、含水鉱物の脱水分解反応に伴う鉱物生成のカイネティクスや組織観察の研究を遂行した。さらに、これらの鉱物の状態方程式を明らかにする研究も遂行した。

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

当初予定していた研究は遂行してきており、その中で面白い結果が出て来てさらに新しい展開に向かっている研究も出て来ている。

今後の研究の推進方策

鉱物間の水の分配にはＡｌがかなり重要な役割を果たしてきていることが明らかになりつつあり、この点をさらに深く探求していく。また、スラブを構成する可能性がある高圧含水鉱物の熱弾性的データが乏しいため、その状態方程式を明らかにしていく。

研究成果

• [雑誌論文] lectronic sEpin states of ferric and ferrous iron in the lower-mantle silicate perovskite (2012)
  • 著者名/発表者名: J-F. Lin, E. E. Alp, Z. Mao, T. Inoue, C. McCammon, Y. Xiao, P. Chow, and J. Zhao
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 97 ページ: 592-597
  • DOI: 10.2138/am.2012.4000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Texture and elastic strains in hcp-iron plastically deformed up to 17.5 GPa and 600 K: experiment and model (2012)
  • 著者名/発表者名: Merkel S, Gruson M, Wang Y, Nishiyama N, Tomé C N
  • 雑誌名: Modelling Simul Mater Sci Eng 巻: 20 ページ: 024005
  • DOI: 10.1088/0956-0393/20/024005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations in boron at pressures up to 18 GPa and temeratures up to 2200°C (2012)
  • 著者名/発表者名: Qin J, Irifune T, Dekura H, Ohfuji H, Nishiyama N, Lei L, Shinmei T
  • 雑誌名: Phys Rev B 巻: 85 ページ: 014107
  • DOI: 10.1103/PhyRevB.85.014107
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction study on pressure-induced structural changes in hydrous forsterite and enstatite melts (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamada, A., T. Inoue, S. Urakawa, K. Funakoshi, N. Funamori, T Kikegawa and T. Irifune
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 308 ページ: 115-123
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2011.05.036
• [雑誌論文] 高温高圧実験によるマントル鉱物における水の影響に関する研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上 徹
  • 雑誌名: 岩石鉱物科学 巻: 40 ページ: 13-26
  • DOI: DOI:10.2465/gkk.110111
• [雑誌論文] High-pressure X-ray diffraction studies on the structure of liquid silicate using a Paris-Edinburgh type large volume press (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamada, A., Y. Wang, T. Inoue, W. Yang, C. Park, T. Yu, and G. Shen
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 82 ページ: 015103
  • URL: http://dx.doi.org/+10.1063/1.3514087
• [雑誌論文] Combined ultrasonic elastic wave velocity and microtomography measurements at high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Kono. Y., A. Yamada, Y. Wang, T. Yu and T. Inoue
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 82 ページ: 023906
  • DOI: 10.1063/1.3552185
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ stress-strain measurements in a deformation-DIA apparatus at P-T conditions of the upper part fo the mantle transition zone (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawazoe T, Nishihara Y, Ohuchi T, Nishiyama N, Higo Y, Funakoshi K, Irifune T
  • 雑誌名: Am Mineral 巻: 96 ページ: 1665-1672
  • DOI: 10.2138/am.2011.3818
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure raman studies and heat capacity measurements on the MgSiO3 analogue CaIr0.5Pt0.5O3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai S, Kojima Y, Ohfuji H, Nishiyama N, Irifune T, Klemme S, Bromiley G, Attfield P
  • 雑誌名: Phys Chem Minerals 巻: 38 ページ: 631-637
  • DOI: 10.1007/s00269-011-0435-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant negative thermal expansion in the iron perovskite SrCu3Fe4O12 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamada I, Tsuchida K, Ohgushi K, Hayashi N, Kim J, Tsuji N, Takahashi R, Matsushita M, Nishiyama N, Inoue T, Irifune T, Kato K, Takata M, Takano M
  • 雑誌名: Angew Chem Int Ed 巻: 123 ページ: 6709-6712
  • DOI: 10.1002/ange.201102228
  • 査読あり
• [雑誌論文] High pressure and temperature fabric transitions in olivine and variations in upper mantle seismic anisotropy (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohuchi T, Kawazoe T, Nishihara Y, Nishiyama N, Irifune T
  • 雑誌名: Earth Planet Sci Lett 巻: 304 ページ: 55-63
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2011.01.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study on the stability of graphitic C3N4 under high pressure and high temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Fang, H. Ohfuji, T. Shinmei, T. Irifune
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 20 ページ: 819-825
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2011.03.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of zinc oxide nanoparticles from zinc electrode using plasma in liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: Hattori, Y., S. Mukasa, H. Toyota, T. Inoue and S. Nomura
  • 雑誌名: Materials Letters 巻: 65 ページ: 188-190
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2010.09.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous synthesis of magnesium-hydroxide, zinc-oxide, and silver nanoparticles by microwave plasma in water, (2011)
  • 著者名/発表者名: Hattori, Y., S. Mukasa, H. Toyota, T. Inoue, S. Nomura
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics 巻: 131 ページ: 425-430
  • DOI: 10.1016/j.matchemphys.2011.09.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] フランボイダルパイライト－天然における鉱物の不思議な自己組織化作用－ (2011)
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 53 ページ: 46-51
  • 査読あり
• [学会発表] Paris-Edinburgh cell applications at 16BM-B white x-ray beamline (2011)
  • 著者名/発表者名: Park, C., Yamada, A., Benson, C.K., Sakamaki, T., Yu, T., Kono, Y., Mei, Q., Jing, Z., Wang, Y., Inoue, T., Shen, G., Yang, W.
  • 学会等名: GL-GRC Inter-Institutional Science Symposium
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Water contents of Al-bearing minerals in the mantle transition zone and the lower mantle
  • 著者名/発表者名: Inoue, T., Yabuki, T., Yurimoto, H.
  • 学会等名: Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2 "Dynamics and Evolution of the Earth's Interior: Special Emphasis on the Role of Fluids"
  • 発表場所: Misasa, Tottori, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] パルス中性子を用いたマグマ研究に向けて
  • 著者名/発表者名: 井上徹, 浦川啓, 大高理, 鈴木昭夫, 三部賢治, 寺崎英紀, 山田明寛, 有馬寛
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] 高温高圧マグマ科学に向けた中性子カメラ実験
  • 著者名/発表者名: 有馬寛, 井上徹, 阿部淳, 服部高典
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] 高圧中性子回折に向けた大容量6-6型加圧方式の開発
  • 著者名/発表者名: 山田明寛, 川添貴章, 西山宣正, 井上徹, 八木健彦
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] Simultaneous measurements of the elastic wave velocities and the volume for amorphous materials under pressures
  • 著者名/発表者名: 山田明寛, 河野義正, Wang, Y., 井上徹
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] 超高圧中性子回折装置PLANET first beam受入れました！
  • 著者名/発表者名: 服部高典, 有馬寛, 佐野亜沙美, 阿部淳, 内海渉, 永井隆哉, 鍵裕之, 飯高敏晃, 片山芳則, 井上徹, 八木健彦
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] 新規鉄ペロブスカイト酸化物における巨大な負熱膨張
  • 著者名/発表者名: 山田幾也，土田一貴，高橋亮治，西山宜正，井上徹，入舩徹男，大串研也，林直顕，高野幹夫，金廷恩，辻成希，草野圭弘，加藤健一，高田昌樹
  • 学会等名: 日本セラミクス協会・第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
• [学会発表] マントル遷多層及び下部マントル上部におけるAlに富んだ相の含水量
  • 著者名/発表者名: 井上徹, 矢吹智美, 圦本尚義
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年年会合同学術大会
  • 発表場所: 茨城大学
• [学会発表] Here comes the first beam and terrible Earthquake at J-PARC new high-pressure neutron diffractometer PLANET
  • 著者名/発表者名: Hattori, T., Arima, H., Sano-Furukawa, A., Utsumi, W., Katayama, Y., Nagai, T., Inoue, T., Kagi, H., Yagi, T.
  • 学会等名: AIRAPT 23(International Conference on High Pressure Science and Technology)
  • 発表場所: Mumbai, India
• [学会発表] Water contents of Al-bearing minerals in the MTZ and the lower mantle
  • 著者名/発表者名: Inoue, T., Yabuki, T., Yurimoto, H.
  • 学会等名: AIRAPT 23(International Conference on High Pressure Science and Technology)
  • 発表場所: Mumbai, India
• [学会発表] 新奇異常高原子価鉄ペロブスカイトの高圧合成
  • 著者名/発表者名: 山田幾也，土田一貴，恵谷英宜，城健太郎，高橋亮治，大串研也，林直顕，金廷恩，辻成希，草野圭弘，西山宜正，井上徹，入舩徹男，加藤健一，高田昌樹，高野幹夫
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] MgO‐Al2O3‐SiO2‐H2O系におけるAlに富んだ高圧相の含水量
  • 著者名/発表者名: 井上徹，矢吹智美，圦本尚義
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] hase relations and melt compositions in hydrous pyrolite system
  • 著者名/発表者名: Yang, C., Inoue, T.
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] J-PARC超高圧中性子回折装置（PLANET)の概要と建設状況2
  • 著者名/発表者名: 服部高典，有馬寛，佐野亜沙美，内海渉，井上徹，鍵裕之，八木健彦
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] 圧力によるGeO2ガラスの密度と弾性的性質の変化
  • 著者名/発表者名: 山田明寛，河野義生，ユウ，トニー，ワン，ヤンビン，井上徹
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] he relationship between water content and Al-content in the MTZ and the lower mantle minerals,
  • 著者名/発表者名: Inoue, T., Yabuki, T., Yurimoto, H.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2011
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
• [学会発表] マグマ観察に向けた超高圧実験用中性子カメラの導入
  • 著者名/発表者名: 有馬寛、井上徹、阿部淳、佐野亜沙美、服部高典
  • 学会等名: 第３回MLFシンポジウム
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター（茨城県）
• [学会発表] Hydrous melting of lherzolite and formation of Mg- and Si-rich cratonic mantle.
  • 著者名/発表者名: Matsukage, K.N. and M. Iehisa
  • 学会等名: Second International Symposium on Geofluids, 3/19/2012, Misasa
  • 発表場所: 三朝（鳥取県）
• [学会発表] 含水上部マントルの部分融解実験とMgおよびSiに富んだ大陸マントルの成因
  • 著者名/発表者名: 家久真梨子・松影香子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 千葉県千葉市幕張
• [学会発表] スティショバイト焼結多結晶体の合成とその物性測定
  • 著者名/発表者名: 西山宣正、清家郷詩、河野義生、根岸領、入舩徹男、山田幾也
  • 学会等名: 地球惑星連合2011年大会
  • 発表場所: 千葉県千葉市幕張
• [学会発表] 超高靱性高硬度を有するSiO2スティショバイト・ナノ多結晶体の合成
  • 著者名/発表者名: 西山宣正、清家郷詩、入舩徹男、大藤弘明、河野義生、松下正史、高橋学
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道札幌市
• [学会発表] Phase relations in a harzburgite composition: implications for splitting of 660-km seismic discontinuity and seismic velocities in mantle transition zone
  • 著者名/発表者名: N. Nishiyama, T. Kato, Y. Kinoshita, T. Irifune
  • 学会等名: American Geophysical Union, fall meeting 2011
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
• [学会発表] Phase transition mechanism and microtexture evolution through graphite-diamond transition under high pressure and high temperature
  • 著者名/発表者名: H. Ohfuji
  • 学会等名: 9th International Workshop on Water Dynamics
  • 発表場所: Tohoku Univ.
  • 招待講演
• [学会発表] グラファイトからの六方晶ダイヤモンド直接変換合成と相転移メカニズム
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明，竹内洋貴
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] 高温高圧下直接変換によって合成されたアモルファスダイヤモンド
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明，片桐政人，小竹翔子，角谷均
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院
• [学会発表] グラファイトからの六方晶ダイヤモンド直接変換合成と相転移メカニズム
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明，竹内洋貴
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年年会
  • 発表場所: 茨城大学
• [学会発表] 微細組織から探る鉱物の結晶化プロセス～フランボイダルパイライトの自己組織化を例に～
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年年会
  • 発表場所: 茨城大学
  • 招待講演
• [学会発表] グラファイトからの六方晶ダイヤモンド直接変換と相転移メカニズム
  • 著者名/発表者名: 大藤弘明，竹内洋貴
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
• [備考] 地球深部ダイナミクス研究センター
  • URL: http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/