地球中心核の物質と進化の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24000005
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 廣瀬 敬 東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (50270921)
• 研究分担者: 大石 泰生 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用促進部門, 研究員 (20344400) ; ALFRED Baron 国立研究開発法人理化学研究所, 放射線光科学研究センター, 准主任研究員 (90442920)
• 研究期間 (年度): 2013 – 2015
• キーワード: 地球深部 / コア / 下部マントル / 高圧 / 放射光

研究実績の概要

コアの高圧高温下における液体の鉄-水素合金につき、第一原理計算によって密度と速度を明らかにした。その結果、水素を1.0wt.%含む液体鉄は密度と速度ともに、地震波観測と整合的であることがわかった。さらに、超高圧下での鉄-シリコン-水素合金の密度測定を放射光施設SPring-8で行い、これもコアの観測値をよく説明することを明らかにして、水素がコアの重要な軽元素であることを示した。一方、鉄の電気抵抗率を、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた静的高圧実験としては初めて、コアの超高圧高温下で実測することに成功し、熱伝導率を得た。電気抵抗率が高温で飽和することを確認し、コアの熱伝導率が従来の値の3倍程度高いことを明らかにした。また、エックス線非弾性散乱測定によって液体鉄合金の縦波速度を70万気圧の超高圧下まで決定することに、これも静的高圧実験としては初めて成功した。その結果、炭素が含まれることによって液体鉄の速度が上がること、鉄-炭素合金ではコアの密度と速度を同時に説明できないこと、を明らかにした。マントル深部の圧力まで、FeO-Si02の2成分系の融解実験を行い、共融点温度はFeO端成分の融点に近いこと、つまり共融点組成はFeO端成分にとても近いことがわかった。このことはマントル最深部でシリケイトメルトの分別結晶作用が起こると組成はFeOに近づいていき、少なくともおよそ3500度まで液体のまま存在することを意味している。

研究成果

• [国際共同研究] Geophysical Laboratory/University of California, Berkeley/University of Minnesota(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Geophysical Laboratory/University of California, Berkeley/University of Minnesota
• [国際共同研究] Université Pierre et Marie Curie/Ecole Normale Supeé-rieure de Lyon(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Université Pierre et Marie Curie/Ecole Normale Supeé-rieure de Lyon
• [国際共同研究] Universite de Liège(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: Universite de Liège
• [国際共同研究] The University of Edingurgh(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Edingurgh
• [雑誌論文] Phase transition and melting in the deep lower mantle (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K.
  • 雑誌名: AGU monograph "Deep Earth : Physics and Chemistry of the Lower Mantle and Core" ページ: 209-224
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Melting in the Fe0-Si02 system to deep lower mantle pressures : implications for subducted Banded Iron Formations (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato, C., Hirose, K., Nomura, R., Miyake, A., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters, 巻: 440 ページ: 56-61
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2016.02.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth's core conditions, (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Kuwayama, Y., Hirose, K., Shimizu, K., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Nature
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Post-stishovite transition in hydrous aluminous Si02 (2016)
  • 著者名/発表者名: Umemoto, K., Kawamura, K., Hirose, K., Wentzcovitch, R. M.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 255 ページ: 18-26
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Compression of Fe-Si-H alloys to core pressures (2016)
  • 著者名/発表者名: Tagawa, S., Ohta, K., Hirose, K., Kato, C., Ohishi, Y
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 43
  • DOI: 10.1002/2016GL068848
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on Earth's inner core composition inferred from measurements of the sound velocity of hcp-iron in extreme conditions. (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sakamaki, E. Ohtani, H. Fukui, S. Kamada, S. Takahashi, T. Sakairi, A. Takahata, T. Sakai, S. Tsutsui, D. Ishikawa, R. Shiraishi, Y. Seto, T. Tsuchiya, and A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 2
  • URL: http://advances.sciencemag.ort/content/2/2/e1500802.abstract
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low-energy optical phonon modes in the cage compound LaRu2Zn20 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Wakiya, T. Onimaru, S. Tsutsui, T. Hasegawa, K. T. Matsumoto, N. Nagasawa, A. Q. R. Baron, N. Ogita, M. Udagawa, and T. Takabatake
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 64105
  • DOI: 10.1103/PhysPevB.93.064105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of magnetism on lattice dynamics in SrFe2As2 using high-resolution inelastic x-ray scattering. (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Murai, T. Fukuda, T. Kobayashi, M. Nakajima, H. Uchiyama, D. Ishikawa, S. Tsutsui, H. Nakamura, M. Machida, S. Miyasaka, S. Tajima, and A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 20301
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.020301
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mineralogy of the deep mantle - the post-perovskite phase and its geophysical significance (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirose, K., Wentzcovitch, R., Yuen, D., Lay, T.
  • 雑誌名: Gerald Schubert (editor- in-chief) Treatise on Geophysics 2nd edition 巻: 2 ページ: 85-115
  • DOI: 10.1016/B978-0-444-53802-4.00054-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrical resistivity and thermal conductivity of hcp Fe-Ni alloys under high pressure : Implications for thermal convection in the Earth's core (2015)
  • 著者名/発表者名: Gomi, H., Hirose, K.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 247 ページ: 2-10
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2015.04.003,2015.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stability and compressibility of a new iron-nitride β-Fe7N3 to core pressures (2015)
  • 著者名/発表者名: Minobe, S., Nakajima, Y., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 42
  • DOI: 10.1002/2015GL064496,2015.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature dependence of the velocity-density relation for liquid metals under high pressure : implications for the Earth's outer core (2015)
  • 著者名/発表者名: Komabayashi, T., Kato, J., Hirose, K., Tsutsui, S., Imada, S, Nakajima, Y., Baron, A. Q. R.
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 100 ページ: 2602-2609
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nature of the volume isotope effect in ice, (2015)
  • 著者名/発表者名: Umemoto, K., Sugimura, E., de Gironcoli, S., Nakajima, Y., Hirose, K., Ohishi, Y., Wentzcovitch, R. M.
  • 雑誌名: Physical Review Letters, 巻: 115 ページ: 173,005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Liquid iron-hydrogen alloys at outer core conditions by first-principles calculations (2015)
  • 著者名/発表者名: Umemoto, K., Hirose, K.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 42 ページ: 7513-7520
  • DOI: 10.1002/2015GL065899
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carbon depleted outer core revealed by sound velocity measurements of liquid Fe-C alloy (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, Y., Imada, S., Hirose, K., Komabayashi, T., Ozawa, H., Tateno, S., Tsutsui, S., Kuwayama, Y., Baron, A. Q. R.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6
  • DOI: 10.1038/ncomms9942
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heating of Li in Hydrogen : Possible Synthesis of LiHx (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kuno, T. Matsuoka, T. Nakagawa, N. Hirao, Y. Ohishi, K. Shimizu, K. Takahama, K. Ohta, M. Sakata, Y. Nakamoto, T. Kume, and S. Sasaki
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 133 号: 1 ページ: 16-21
  • DOI: 10.1063/1.4914844
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-Presure Generation using Double Stage Micro-Paired Diamond Anvils Shaped by Focused Ion Beam (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sakai, T. Yagi, H. Ohfuji, T. Irifune, Y. Ohishi, N. Hirao, Y. Suzuki, Y. Kuroida, T. Asakawa, and T. Kanemura
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 86 ページ: 33905
  • DOI: 10.1063/1.4914844
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Time-resolved X-ray Diffraction and Raman Studies of the Phase Transition mechanisms of Methane Hydrate (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Hirai, H. Kadobayashi, N. Hirao, Y. Ohishi, Y. Tamamoto, and S. Nakano
  • 雑誌名: The Journal of Chemcal Physics 巻: 142 ページ: 24707
  • DOI: 10.1063/1.4905482
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Structure of Fe-Si Alloy in Earth's Inner Core (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Tateno, Y. Kuwayama, K. Hirose, and Y. Ohishi
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 418 ページ: e1500059
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2015.02.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nature of the Volume Isotope Effect in ice (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto, E. Sugimura, S. Gironcoli, Y. Nakajima, K. Hirose, Y. Ohishi, and R. M. Wentzkovitch
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115-7 ページ: 173005
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.173005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High pressure-low temperature phase diagram of barium : Simplicity versus complexity (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Desgreniers, J. S. Tse, T. Matsuoka, Y. Ohishi, Q. Li, and Y. Ma
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 ページ: 221908
  • DOI: 10.1063/1.4936849
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phase boundary of hot dense fluid hydrogen (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ohta, K. Ichimaru, M. Einaga, S. Kawaguchi, K. Shimizu, T. Matsuoka, N. Hirao, and Y. Ohishi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 16560
  • DOI: 10.1038/srep16560
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mixing unmixables : unexpected formation of Li-Cs alloys at low pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Desgreniers, J. S. Tse, T. Matsuoka, Y. Ohishi, and J. J. Tse
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 1 ページ: e1500669
  • DOI: 10.1126/sciadv.1500669
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced unusual metallic state in EuNi03 (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, S. Ikeda, Y. Yoda, N. Hirao, Y. Ohishi, J. Alonso, M. J. Martonez-Lope, R. Lengsforf, D. I. Khomskii, and M. M. Abd-Elmequid
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91.19 ページ: 195148
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.195148
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inelastic x-ray scattering studies on dynamic structure factor of polymeric liquid Se under pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Inui, Y. Kajihara, K. Kimura, K. Matsuda, K. Ohara, S. Tsutsui, D. Ishikawa, and A. Q. Baron
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1673 ページ: 2602
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Signature of a polyamorphic transition in the THz spectrum of vitreous Ge02 (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Cunsolo, Y. Li, C. N. Kodituwakku, S. Wang, D. Antonangeli, F. Bencivenga, A. Battistoni, R. Verbeni, S. Tsutsui, A. Q. R. Baron, H-K. Mao, D Bolmatov, and Y. Q. Cai.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 14996
  • DOI: 10.1038/srep14996
  • URL: http://www.nature.com/articles/srep14996#auth-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-Resolution Inelastic X-Ray Scattering I : Context, Spectrometers, Samples, and Superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 雑誌名: Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers ページ: 1-68
  • DOI: 10.1007/978-3-319-04507-8_41-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous dispersion of the acoustic mode in liquid Bi (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Inui, Y. Kajihara, S. Munejiri, S. Hosokawa, A. Chiba, K. Ohara, S. Tsutsui and A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 54206
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.054206
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transverse Excitations in liquid Fe, Cu and Zn. (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, M. Inui, Y. Kajihara, S. Tsutsui and A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter, 巻: 27 ページ: 194104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sound velocity measurement by inelastic X-ray scattering at high pressure and temperature by resistive heating diamond anvil cell (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ohtani, K. Mibe, T. Sakamaki, S. Kamada, S. Takahashi, Y. Shibazaki, H. Fukui, S. Tsutsui, A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Russian Geology and Geophysics 巻: 56 ページ: 190-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inelastic x-ray scattering with 0.75 meV resolution at 25.7 keV using a temperature gradient analyzer. (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Ishikawa, D. S. Ellis, H. Uchiyama and A. Q. R. Baron
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation, 巻: 22 ページ: 42,438
  • DOI: 10.1107/S1600577514021006.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-Resolution Inelastic X-Ray Scattering II : Scattering Theory, Harmonic Phonons, and Calculations (2015)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 雑誌名: Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers ページ: 1-32
  • DOI: 10.1007/978-3-319-04507-8_52-1
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Phonons and Electrons in Superconductors via non-resonant inelastic x-ray scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 学会等名: 17th Crossroads Workshop
  • 発表場所: Tokai, Japan
  • 年月日: 2016-01-18
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-Photon, 14.4 KeV, Nuclear Excitation using the SACLA X-Ray Laser (2016)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 学会等名: Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics (PQE-2016)
  • 発表場所: Snowbird, Utah, USA
  • 年月日: 2016-01-08
  • 国際学会
• [学会発表] Crystallization in Earth's core after high-temperature core formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Hirose
  • 学会等名: 2015 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ、USA
  • 年月日: 2015-12-12 – 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Phonons and Electrons in YBa2Cu306+y via non-resonant inelastic x-ray scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 学会等名: 9th International Conference on Inelastic X-Ray Scattering (IXS 2015)
  • 発表場所: Hisnchu, Taiwan
  • 年月日: 2015-11-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystallization of Si02 in Earth's core after high-temperature core formation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Hirose
  • 学会等名: The Earth's Mantle and Core : Structure, Composition, Evolution
  • 発表場所: 道後プリンスホテル(愛媛県、松山市)
  • 年月日: 2015-11-04 – 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Overview of the dynamo evolution problem and the heat “paradox (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Hirose
  • 学会等名: Geophysical & Geochemical Constraints on Early Planetary Dynamos
  • 発表場所: 山梨県南都留郡
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-17
  • 国際学会
• [学会発表] High-Pressure Applications by using X-ray Micro-Beam at SPring-8 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohishi, N. Hirao, Y. Mori, K. Shimizu and Kei Hirose
  • 学会等名: Joint AIRAPT-25 & EHPRG-53 International Conference On High Pressure Science And Technology
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2015-09-03
  • 国際学会
• [学会発表] Pushing the limits of non-resonant IXS to Investigate Cuprate Superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Alfred Q. R. Baron
  • 学会等名: Gordon Conference on X-Ray Science
  • 発表場所: Washington, USA
  • 年月日: 2015-07-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Melting experiments in a diamond-anvil cell combined with ex-situ textual and chemical characterizations by FIB/SEM/TEM (2015)
  • 著者名/発表者名: Kei Hirose
  • 学会等名: New Frontier in Studying Chemistry under Extreme Conditions
  • 発表場所: 中国、上海市
  • 年月日: 2015-05-19 – 2015-05-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] できたての地球-生命誕生の条件- (2015)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬敬
  • 総ページ数: 126
  • 出版者: 岩波書店