深部マントル条件における珪酸塩鉱物及び類縁物質の高圧相転移と熱力学特性

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287145
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 学習院大学
• 研究代表者: 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 地殻・マントル物質 / 高圧実験 / 熱測定 / 高圧相転移 / スピネル / ポストスピネル / ぺロブスカイト

研究概要

１．Setaram社製の高温熱量計用制御データ処理システムを購入し、既設のCalvet型高温微少熱量計に取り付け、熱量較正などの準備実験を行った。この熱量計を用いて、Fe2SiO4オリビン、スピネル及びFeSiO3高圧相の熱量測定を、二価鉄を酸化させるair-bubbling法を使って行い、それらの測定データからFeSiO3組成の高圧相平衡関係の熱力学計算を行った。
２．高硬度超硬合金アンビルを既設の川井式マルチアンビル装置に組み込み、約35GPaまでを室温で発生させる高圧実験を行い、その後同じ圧力範囲で1600℃までの高温を発生させる技術開発を行った。
３．Fe2SiO4スピネルが約17GPaでFeO、SiO2スティショバイト、金属鉄に分解する高圧相平衡関係を、高温高圧実験によって精密に決定した。
４．FeCr2O4のポストスピネル転移を高温高圧実験によって詳細に調べ、FeCr2O4スピネルが約15GPaで変型ludwigite型Fe2Cr2O5とコランダム型Cr2O3に分解した後、約20GPaで1200℃以下ではカルシウムフェライト型FeCr2O4に、1200℃以上ではカルシウムタイタネイト型FeCr2O4に転移することを明らかにした。
５．高硬度超硬合金アンビルを使って、MgSiO3ペロブスカイトを約25GPa、1600℃で合成し、Calvet型高温微少熱量計によってMgSiO3ペロブスカイトの落下溶解熱を精密に測定した。上記のMgSiO3ペロブスカイトのエンタルピーと、既に測定されたMg2SiO4スピネル、MgOのエンタルピー、これらの相の最新の物性データと組合せて、約23GPaでMg2SiO4スピネルがMgSiO3ペロブスカイトとMgOに分解する相境界線を精密に計算し、相境界線の負勾配を決定した。

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

今回購入した高温熱量計制御データ処理システムを取り付けた高温微少熱量計が予定通りに機能し、高精度の熱量測定を行えるようになった。また、高硬度超硬合金アンビルによる高圧高温発生実験が順調に進んだため、それを利用した高圧相平衡実験や試料合成が支障なく行われた。

今後の研究の推進方策

平成25年度の成果に基づいて、マントルやスラブを構成する岩石に対象を拡大し、それらの高圧相平衡関係を精密に決定する。またMgCr2O4のポストスピネル転移、FeTiO3、ZnTiO3のポストぺロブスカイト転移などを詳細に高圧実験で調べると共に、それら高圧相の熱力学的性質を測定する。さらにLaCrO3ヒーターを用いて、高圧下で2200℃までを発生させる技術を確立する。

次年度の研究費の使用計画

アンビル等の消耗品に使用した金額との差として、少額が残った。
次年度の物品費と合わせて、消耗品の購入に使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Superconductivity of δ-MoC0.75 synthesized at 17 GPa (2014)
  • 著者名/発表者名: Sathish, C.I., Shirako, Y., Tsujimoto, Y., Feng, H.L., Sun, Y., Akaogi, M., Yamaura, K.
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 177 ページ: 33-35
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2013.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure synthesis, crystal structure, and phase stability relations of a LiNbO3-type polar titanate ZnTiO3 and its reinforced polarity by the second-order Jahn-Teller effect (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Inaguma, A. Aimi, Y. Shirako, D. Sakurai, D. Mori, H. Kojitani, M. Akaogi, M. Nakayama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 136 ページ: 2748-2756
  • DOI: 10.1021/ja408931v
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure transitions in NaZnF3 and NaMnF3 perovskites, and crystal-chemical characteristics of perovskite-postperovskite transitions in ABX3 fluorides and oxides (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Akaogi, Y. Shirako, H. Kojitani, T. Nagakari, H. Yusa, K. Yamaura
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 228 ページ: 160-169
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.09.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic investigation on β- and γ-Ca3(PO4)2 and the phase equilibria (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhai, S., Akaogi, M., Kojitani, H., Xue, W., Ito, E.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 228 ページ: 144-149
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.07.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure phase transitions in FeCr2O4 and structure analysis of new post-spinel FeCr2O4 and Fe2Cr2O5 phases with meteoritical and petrological implications (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishii, H. Kojitani, S. Tsukamoto, K. Fujino, D. Mori, Y. Inaguma, N. Tsujino, T. Yoshino, D. Yamazaki, Y. Higo, K. Funakoshi, M. Akaogi
  • 雑誌名: Am. Mineral. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure Raman spectroscopy, vibrational mode calculation, and heat capacity calculation of calcium ferrite-type MgAl2O4 and CaAl2O4 (2013)
  • 著者名/発表者名: Kojitani, H., Tobbens, D.M., Akaogi, M.
  • 雑誌名: Am. Mineral. 巻: 98 ページ: 197-206
  • DOI: 10.2138/am.2013.4095
  • 査読あり
• [雑誌論文] A ferroelectric-like structural transition in a metal (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shi, Y. Guo, X. Wang, A.J. Princep, D. Khalyavin, P. Manuel, Y. Michiue, A. Sato, K. Tsuda, S. Yu, M. Arai, Y. Shirako, M. Akaogi, N. Wang, K. Yamaura, A.T. Boothroyd
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 12 ページ: 1024-1027
  • DOI: 10.1038/nmat3754
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure synthesis of 5d cubic perovskite BaOsO3 at 17 GPa: Ferromagnetic evolution over 3d to 5d series (2013)
  • 著者名/発表者名: Shi,, Y., Guo, Y., Shirako, Y., Yi, W., Wang, X., Belik, A.A., Matsushita, Y., Feng, H.L., Tsujimoto, Y., Arai, M., Wang, N., Akaogi, M., Yamaura, K.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 ページ: 16507-16516
  • DOI: 10.1021/ja4074408
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure synthesis of the BaIrO3 perovskite: A Pauli paramagnetic metal with a Fermi liquid ground state (2013)
  • 著者名/発表者名: Cheng, J., Ishii, T., Kojitani, H., Matsubayashi, K., Matsuo, A., Li, X., Shirako, Y., Zhou, J., Goodenough, J., Jin, C.Q., Akaogi, M., Uwatoko, Y.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 205114(1-7)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.205114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-periodic magnetic flux jumps in the superconducting state of Ba0.5K0.5Fe1.9M0.1As2 (M = Fe, Co, Ni, Cu, and Zn) (2013)
  • 著者名/発表者名: Li, J., Guo, Y., Zhang, S., Tsujimoto, Y., Wang, X., Sathish, C.I., Yu, S., Sun, Y., Yi, W., Yamaura, K., Takayama-Muromachi, E., Shirako, Y., Akaogi, M., De Long, L.E.
  • 雑誌名: Physica C 巻: 495 ページ: 192-197
  • DOI: 10.1016/j.physc.2013.09.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of water in coesite crystallization from silica gel (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Arasuna, M. Okuno, T. Mizukami, M. Akaogi, T. Yokoyama, H. Okudera, S. Arai
  • 雑誌名: Eur. J. Mineral. 巻: 25 ページ: 791-796
  • DOI: 10.1127/0935-1221/2013/0025-2331
  • 査読あり
• [学会発表] 660km不連続面付近におけるパイロライト、MORB、ハルツバージャイトの相関係の比較：マルチセル法を用いた精密実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井貴之、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140502-20140502
• [学会発表] 微少量高圧相のPPMS装置による熱容量、エントロピーの測定：TiO2及びMnSiO3高圧相 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤荻正樹、小島芽子、深井安矢、糀谷浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140501-20140501
• [学会発表] 新規高圧ストロンチウム珪酸塩の結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 関根渓介、石井貴之、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140501-20140501
• [学会発表] Fe2SiO4のポストスピネル転移相境界線の決定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松澤太亮、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140501-20140501
• [学会発表] ZnTiO3の高温高圧相転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 阿部航平、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140430-20140430
• [学会発表] Phase transitions and mineral chemistry in pyrolite at 1600-2200C across 660-km seismic discontinuity (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishii, H. Kojitani, M. Akaogi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 20140429-20140429
• [学会発表] ポストペロブスカイト型酸化物およびフッ化物の高圧合成と結晶化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 糀谷浩、白子雄一、永仮貴之、石井貴之、赤荻正樹
  • 学会等名: RIKEN-CEMS ワークショップ「高圧合成法による環境エネルギー材料の探索」
  • 発表場所: 理化学研究所（埼玉県和光市）
  • 年月日: 20131226-20131226
  • 招待講演
• [学会発表] ポストスピネル相境界から制約されるMg2SiO4リングウッダイト中の陽イオン無秩序 (2013)
  • 著者名/発表者名: 糀谷 浩、井上 徹、赤荻 正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131116-20131116
• [学会発表] ZnTiO3の高温高圧相転移 (2013)
  • 著者名/発表者名: 阿部航平、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131114-20131114
• [学会発表] MgSiO3高圧相アキモトアイトの熱力学的性質 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎萌波、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131114-20131114
• [学会発表] TiO2－SiO2系における高圧相中のTi, Si相互固溶度の圧力温度依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新井祐介、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131114-20131114
• [学会発表] FeCr2O4の高圧相転移と新規ポストスピネル相の結晶構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井貴之、藤野清志、糀谷浩、森大輔、稲熊宜之、辻野典秀、芳野極、山崎大輔、肥後祐司、舟越賢一、赤荻正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131114-20131114
• [学会発表] 23GPa付近、2000℃以上におけるパイロライトの高圧相関係 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井貴之、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター (新潟市)
  • 年月日: 20131114-20131114
• [学会発表] 100 ℃下5 GPaまでの圧縮によるシリカゲルの構造変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒砂茜、奥野正幸、奥寺浩樹、水上知行、荒井章司、赤荻正樹、白子雄一、横山つかさ
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年度年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130913-20130913
• [学会発表] 酸化熱量測定法によるFeO-SiO2系高圧相の熱力学的性質と高圧相平衡関係 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤荻 正樹、横山つかさ、糀谷浩
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年度年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130911-20130911
• [学会発表] 熱力学的手法によるMg2SiO4のポストスピネル相転移境界の再決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 糀谷浩、井上 徹、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年度年会
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 20130911-20130911
• [学会発表] Re-determination of high-temperature heat capacity and thermal expansivity of Mg2SiO4 ringwoodite: Implication for Clapeyron slope of post-spinel transition (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kojitani, M. Oohata, H. Shimada, T. Inoue, M. Akaogi
  • 学会等名: 10th Annual Meeting of Asia Oceania Geosciences Society
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 年月日: 20130626-20130626
  • 招待講演
• [学会発表] 熱力学的手法によるMg2SiO4のポストスピネル相転移境界の再決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 糀谷浩、井上徹、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
  • 年月日: 20130524-20130524
• [学会発表] ぺロブスカイト型NaZnF3、NaMnF3の高圧相転移と、MgSiO3アナログ物質としてのポストぺロブスカイト型A+B2+F3 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤荻正樹、白子雄一、永仮貴之、糀谷浩、遊佐斉、山浦一成
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
  • 年月日: 20130520-20130520
• [学会発表] 高温Ｘ線回折測定と高圧ラマン測定に基づくSiO2スティショバイトとMgSiO3アキモトアイトの熱膨張率の決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎萌波、糀谷浩、赤荻正樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
  • 年月日: 20130520-20130520
• [学会発表] High-pressure transitions in FeCr2O4 and crystal structures of new post-spinel phases (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishii, D. Mori, Y. Inaguma, K. Fujino, H. Kojitani, M. Akaogi
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉市）
  • 年月日: 20130519-20130519
• [備考] 学習院大学理学部化学科 赤荻研究室 最近の研究
  • URL: http://www-cc.gakushuin.ac.jp/~901334/homepage/research.html