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2018 年度 実績報告書

下部マントルでの二相系のレオロジーの制約:多様な粘性率構造の解明に向けて

公募研究

研究領域核-マントルの相互作用と共進化~統合的地球深部科学の創成~
研究課題/領域番号 18H04369
研究機関岡山大学

研究代表者

辻野 典秀  岡山大学, 惑星物質研究所, 助手 (20633093)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード下部マントル / ブリッジマナイト / フェロペリクレース / 二相系 / レオロジー
研究実績の概要

下部マントルは主に、ブリッジマナイト(Brg)とフェロペリクレース(Fp)から構成されている。BrgはFpに比べ、2桁以上粘性率が大きいと考えられている。下部マントル中では、歪量が少ないときはBrgがフレームワークをつくり、粘性率を律速している一方で、歪量が大きくなるにつれ、選択的に変形するFpが層構造を形成することで、次第にFpが粘性率を律速することが予測されている。そのため、下部マントルの粘性率構造の多様性の原因の一つは下部マントルの粘性率を支配している鉱物の違いによる可能性があげられる。本研究では、下部マントルの粘性率を実験的に明らかにするために、BrgとFpの量比とその微細構造(歪量)を変数とした下部マントルの粘性率を決定することを目的とする。本研究結果を基に、地球物理学的観測で示された下部マントルの粘性率構造の原因について考察を行うことを目的とする。
2018年度では、主に高エネルギー加速器研究機構KEK, PF-AR, NE7Aに導入されたD111型ガイドブロックを使用し、下部マントル圧力条件での変形実験中の応力―歪同時測定技術の確立を行った。技術の確立に合わせて、Brg単相での一軸圧縮変形実験の応力―歪同時測定を行い、Brgのクリープ強度を1200℃-1400℃の間で決定した。この結果は、BrgとFp二相系で変形実験の際にBrgとFpのどちらが粘性率を支配しているのか知るための指標となるものである。また、同時にBrgとFpの二相系でのせん断変形実験を試みた。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度では、主に高エネルギー加速器研究機構KEK,PF-AR,NE7Aに導入されたD111型ガイドブロックを使用した下部マントル圧力条件での変形実験技術及び変形中の応力―歪同時測定技術の確立を試みた。応力測定のためには、単色二次元X線回折像の取得が必須であり、二段目タングステンカーバイトアンビルにコーンをつける必要がある。そこで、コーンを付ける位置・開口角の最適化を行うことで、下部マントル圧力条件までの変形実験技術を確立した。また、KEK,PF-AR,NE7Aでは、単色X線の水平方向の発散が大きいため、シンチレーターをプレスのすぐ傍に置くことで、X線ラジオグラフィー像の改善を行った。

今後の研究の推進方策

2019年度には、主にBrgとFp二相系でのせん断変形実験を行うことにより、微細構造(歪量)を変数とした下部マントルの粘性率の決定を目指す。応力測定については現在までに大きな問題は解消されているが、高エネルギー加速器研究機構KEK,PF-AR,NE7Aでは、単色X線の水平方向の発散が大きく、現在までのX線ラジオグラフィー像取得システムでは、せん断変形の歪量を測定するためのラジオグラフィー像が水平方向にぼやけてしまい、未だ歪量の測定に大きなエラーが存在する。そこで、シンチレーターを極力試料に近づけることでより鮮明なX線ラジオグラフィー像の取得を目指す予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Phase transition of wadsleyite-ringwoodite in the Mg2SiO4-Fe2SiO4 system2019

    • 著者名/発表者名
      Tsujino Noriyoshi、Yoshino Takashi、Yamazaki Daisuke、Sakurai Moe、Sun Wei、Xu Fang、Tange Yoshinori、Higo Yuji
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 104 ページ: 588~594

    • DOI

      doi.org/10.2138/am-2019-6823

  • [雑誌論文] Complete agreement of the post-spinel transition with the 660-km seismic discontinuity2018

    • 著者名/発表者名
      Ishii Takayuki、Huang Rong、Fei Hongzhan、Koemets Iuliia、Liu Zhaodong、Maeda Fumiya、Yuan Liang、Wang Lin、Druzhbin Dmitry、Yamamoto Takafumi、Bhat Shrikant、Farla Robert、Kawazoe Takaaki、Tsujino Noriyoshi、Kulik Eleonora、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Katsura Tomoo
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 6358

    • DOI

      10.1038/s41598-018-24832-y

  • [雑誌論文] Rheological Study of Bridgmanite at the Lower Mantle2018

    • 著者名/発表者名
      TSUJINO Noriyoshi
    • 雑誌名

      The Review of High Pressure Science and Technology

      巻: 28 ページ: 139~148

    • DOI

      10.4131/jshpreview.28.139

  • [学会発表] Creep strength of bridgmanite2019

    • 著者名/発表者名
      N. Tsujino, D. Yamazaki, Y Nishihara
    • 学会等名
      Joint symposium of Misasa 2019 & Core-Mantle Coevolution
  • [学会発表] D111-type apparatus for high-pressure deformation experiments and its application to a rheological study of hcp-iron2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishihara, S. Doi, D. Yamazaki, N. Tsujino, T. Yoshino, T. Kubo, M. Imamura
    • 学会等名
      Joint symposium of Misasa 2019 & Core-Mantle Coevolution
  • [学会発表] 高圧下でのγ-鉄のシリコン拡散2018

    • 著者名/発表者名
      辻野 典秀、山崎 大輔
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
  • [学会発表] D111を用いたブリッジマナイトの変形実験2018

    • 著者名/発表者名
      辻野 典秀、山崎 大輔、西原 遊
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] ポストスピネルの剪断変形実験2018

    • 著者名/発表者名
      山崎 大輔、辻野 典秀
    • 学会等名
      第59回高圧討論会
  • [学会発表] D111型装置を用いた高温高圧変形実験2018

    • 著者名/発表者名
      西原 遊、土居 峻太、山崎 大輔、辻野 典秀、芳野 極、久保 友明、今村 公裕
    • 学会等名
      第59回高圧討論会

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公開日: 2019-12-27  

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