地球核領域での絶対圧力スケールの構築

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00187
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大谷 栄治 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (60136306)
• 研究分担者: 坂巻 竜也 東北大学, 理学研究科, 助教 (30630769) ; 福井 宏之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 精密分光推進室, テニュアトラック研究員 (90397901) ; 宮原 正明 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90400241) ; Alfred Baron 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, グループディレクター (90442920)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 圧力スケール / 地球核 / X線非弾性散乱 / 弾性波速度 / 密度 / レニウム / 高圧

研究実績の概要

高圧下におけるX線非弾性散乱実験および粉末X線回折実験によって，六方最密充填構造をもつ金属レニウムの縦波速度，横波速度と密度の同時測定を室温において行った．金属レニウムについて，230 GPaまでの圧力条件で，X線非弾性散乱法によって縦波，横波を決定し，密度については，粉末X線回折法を用いて決定することができた．得られた結果を用いて室温における一次圧力スケールの構築を試みた．今回の測定では，理想的な金属レニウム結晶において理論的に期待されるよりも非常に強い非弾性散乱の横波モードが測定された．この強い横波モードの原因を解明するために，常圧において変形した金属レニウム結晶のX線非弾性散乱実験をおこなうとともに，第一原理計算を行い，結晶の変形組織が非弾性散乱ピークに与える影響を明らかにし，今回の大きな横波のモードの測定結果と矛盾しない計算結果を得ることができた．この結果にもとづいて，金属レニウムによる絶対圧力スケールを決定した．そして，その結果を論文として取りまとめ，国際誌(Science Advances)に投稿し，受理・出版された．さらに，鉄-ニッケル-ケイ素合金の音速測定を高温高圧下において行っている．

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

• [国際共同研究] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Karlsruhe Institute of Technology
• [国際共同研究] University of Bayreuth(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Bayreuth
• [雑誌論文] Hydrogen partitioning between stishovite and hydrous phase δ: implications for water cycle and distribution in the lower mantle (2024)
  • 著者名/発表者名: T Ishii, G Criniti, N Purevjav, T Katsura, E Ohtani
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 11 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1186/s40645-024-00615-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deuterium content and site occupancy in iron sulfide at high pressure and temperature determined using in situ neutron diffraction measurements (2023)
  • 著者名/発表者名: Sumith Abeykoon, Christopher Howard, Serena Dominijanni, Lisa Eberhard, Alexander Kurnosov, Daniel J Frost, Tiziana Boffa Ballaran, Hidenori Terasaki, Tatsuya Sakamaki, Akio Suzuki, Eiji Ohtani, Asami Sano‐Furukawa, Jun Abe
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 128 ページ: e2023JB026710
  • DOI: 10.1029/2023JB026710
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mn-Precipitates Found in a Martian Crustal Rock (2023)
  • 著者名/発表者名: A Nakamura, M Miyahara, H Suga, A Yamaguchi, D Wakabayashi, S Yamashita, Y Takeichi, K Kukihara, Y Takahashi, E Ohtani
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 128 ページ: e2023JE007951
  • DOI: 10.1029/2023JE007951
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Density deficit of Earth’s core revealed by a multimegabar primary pressure scale (2023)
  • 著者名/発表者名: D Ikuta, E Ohtani, H Fukui, T Sakamaki, R Heid, D Ishikawa, AQR Baron
  • 雑誌名: Science advances 巻: 9 ページ: eadh8706
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh870
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aluminum and hydrogen partitioning between bridgmanite and high-pressure hydrous phases: Implications for water storage in the lower mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Ishii, E. Ohtani, A. Shatskiy
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 538 ページ: 117441
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117441
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High pressure melts (2022)
  • 著者名/発表者名: T Sakamaki, E Ohtani,
  • 雑誌名: Reviews in Mineralogy and Geochemistry 巻: 87 ページ: 557-574
  • DOI: 10.2138/rmg.2022.87.11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental simulations of shock textures in BCC iron: implications for iron meteorites (2022)
  • 著者名/発表者名: E Ohtani, T Sakurabayashi, K Kurosawa
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: 24
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00482-7
• [雑誌論文] Low Thermal Conductivity of Hydrous Phase D Leads to a Self‐Preservation Effect Within a Subducting Slab (2022)
  • 著者名/発表者名: Wen-Pin Hsieh, Enrico Marzotto, Takayuki Ishii, Leonid Dubrovinsky, Alena A Aslandukova, Giacomo Criniti, Yi‐Chi Tsao, Chun‐Hung Lin, Jun Tsuchiya, Eiji Ohtani
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 127 ページ: e2022JB024556
  • DOI: 10.1029/2022JB024556
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sound Velocity Measurements of B2‐Fe‐Ni‐Si Alloy Under High Pressure by Inelastic X‐Ray Scattering: Implications for the Composition of Earth's Core (2022)
  • 著者名/発表者名: S Dominijanni, CA McCammon, E Ohtani, D Ikuta, T Sakamaki, T Ishii, G Criniti, LS Dubrovinsky, S Khandarkhaeva, T Fedotenko, K Glazyrin, H Uchiyama, H Fukui
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: e2021GL096405
  • DOI: 10.1029/2021GL096405
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of an Al‐Rich Niccolite‐Type Silica in Subducted Oceanic Crust: Implications for Water Transport to the Deep Lower Mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu Liu, Hongsheng Yuan, Yao Yao, Ziqiang Yang, Federico Aiace Gorelli, Nico Giordano, Lixin He, Eiji Ohtani, Li Zhang
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 ページ: e2021GL097178
  • DOI: 10.1029/2021GL097178
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Apollo 15 regolith breccia provides first natural evidence for olivine incongruent melting (2022)
  • 著者名/発表者名: N Satta, M Miyahara, S Ozawa, H Marquardt, M Nishijima, T Arai, E Ohtani
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 107 ページ: 661-1667
  • DOI: 10.2138/am-2022-8121
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superhydrous aluminous silica phases as major water hosts in high-temperature lower mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: T Ishii, G Criniti, E Ohtani, N Purevjav, H Fei, T Katsura, H Mao
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 ページ: e2211243119
  • DOI: 10.1073/pnas.2211243119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sound velocity of hexagonal close-packed iron to the Earth’s inner core pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: D Ikuta, E Ohtani, H Fukui, T Sakai, D Ishikawa, AQR Baron
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 7211
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34789-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preface for article collection “Thermal, dynamical, and chemical processes in our early Solar System” (2022)
  • 著者名/発表者名: A Bouvier, M Kimura, Y Lin, E Ohtani, T Sharp
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: 1-3
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00522-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 地球内部における加水・脱水反応と地球の水素量：三宅泰雄先生の研究との接点（三宅賞レクチャー） (2023)
  • 著者名/発表者名: 大谷栄治
  • 学会等名: JpGU2023 Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High temperature separation of the oxygen-rich big Martian core (2023)
  • 著者名/発表者名: Eiji Ohtani, William F McDonough
  • 学会等名: JpGU2023
  • 国際学会
• [学会発表] Role of water in dynamics of slabs and surrounding mantle (2023)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治，Ishii Takayuki
  • 学会等名: JpGU2023
  • 国際学会
• [学会発表] Water solubility of aluminous stishovite coexisting with hydrous phase δ: Implication for water cycle in the lower mantle (2023)
  • 著者名/発表者名: 石井 貴之，大谷 栄治
  • 学会等名: JpGU2023
  • 国際学会
• [学会発表] Sound velocity measurement of B2 Fe-Ni-Si alloys at high pressure and high temperature (2023)
  • 著者名/発表者名: 生田大穣，大谷栄治，福井宏之，坂巻竜也，増野いづみ，石川大介，バロン アルフレッド
  • 学会等名: JpGU2023
  • 国際学会
• [学会発表] 高温における酸素に富む火星核の形成過程 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治, マクドノア ウイリアム
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] Hydrous aluminous silicas as major water hosts in the lower mantle (2023)
  • 著者名/発表者名: T Katsura, T Ishii, G Criniti, E Ohtani, N Purevjav, H Fei, H Mao
  • 学会等名: EGU23
  • 国際学会
• [学会発表] The role of Water in the Dynamics of Slabs and surrounding Mantle (2023)
  • 著者名/発表者名: Eiji Ohtani
  • 学会等名: Bjorn Mysen’s retirement Symposium, Carnegie Institution
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Water solubility of aluminous silicas at lower mantle conditions and their implication for water cycle in the deep mantle (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishii T, Criniti G, Ohtani E, Fei H, Prevjav N, Mao H, Katsura T.
  • 学会等名: AGU23
  • 国際学会
• [学会発表] Water solubility of aluminous post-stishovite at top lower mantle conditions: Implications for water cycle in the deep mantle (2022)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ishii, Giacomo Criniti, Eiji Ohtani et al
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Aluminum and hydrogen partitioning between bridgmanite and high-pressure hydrous phases and its application to the lower mantle dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Eiji Ohtani, Takayuki Ishii, Anton Shatskiy
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Sound velocity of hcp-iron to the Earth's inner core pressure: Implication for light elements in the core (2022)
  • 著者名/発表者名: Daijo Ikuta, Eiji Ohtani et al.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Density deficit of the inner core revealed by a new rhenium primary pressure scale (2022)
  • 著者名/発表者名: 大谷栄治，生田 大穣， 福井 宏之，石川 大介，バロン アルフレッド
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 酸素とイオウに富んだ火星の核と火星核のダイナモ (2022)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治, McDonough William, 吉崎 昂
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Sound velocity of hcp-iron to the inner core pressure, and light elements in the inner core (2022)
  • 著者名/発表者名: 生田 大穣、大谷 栄治 福井 宏之，境 毅，石川 大介，バロン アルフレッド
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] 含水鉱物と共存するブリッジマナイトの水素とアルミナ枯渇と地球内部ダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治，石井 貴之
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] 超高圧下における X 線非弾性散乱法による鉄合金およびレニウム の音速測定とその地球内部への適用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大谷 栄治 ・ 生田 大穣 ・ 福井 宏 ・ 坂巻 竜也 ・ 増野 いづみ ・ 境 毅 ・ 石川 大輔 ・ BARON Alfred
  • 学会等名: 第63回高圧討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Sound velocity measurement of hcp-iron to the Earth's inner core pressure: Implications for light elements in the inner core (2022)
  • 著者名/発表者名: 生田 大穣・大谷 栄治・福井 宏之・境 毅・ 石川 大介 ・ BARON Alfred Q. R.
  • 学会等名: 第63回高圧討論会
• [学会発表] A self-protection mechanism by the hydration reduced thermal conductivity of hydrous minerals (2022)
  • 著者名/発表者名: Wen-Pin Hsieh, Enrico Marzotto, Takayuki Ishii, Leonid S Dubrovinsky, Alena Aslandukova, Giacomo Criniti, Yi-Chi Tsao, Chun-Hung Lin, Jun Tsuchiya, Eiji Ohtani
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of aqueous alteration in the lava units with nakhlites NWA 10153 and NWA 6148 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kakeru Kukihara, Masaaki Miyahara, Akira Yamaguchi, Yoshio Takahashi, Yasuo Takeichi, Naotaka Tomioka, Eiji Ohtani
  • 学会等名: NIPR symposium 2022
• [図書] Static and Dynamic High Pressure Mineral Physics (2022)
  • 著者名/発表者名: Y Fei, M Walter, J Badro, K Hirose, OT Lord, A Campbell, E Ohtani
  • 総ページ数: 410
  • 出版者: Cambridge University Press
  • ISBN: 9781108806145
• [備考] 放射光X線が地球核の化学組成を変える －新しい絶対圧力スケールを決定－
  • URL: https://www.riken.jp/press/2023/20230922_1/index.html
• [備考] 放射光X線が地球核の化学組成を変える －新しい絶対圧力スケールを決定－
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/09/press20230922-03-synchrotron.html
• [備考] 300万気圧を超える圧力下で金属鉄の音速測定に成功 ～地球内核の解明に向けた新たな一歩～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2022/11/press20221128-02-earth.html