氷衛星内部海水の高圧下における粘度測定と内部海進化モデルの構築

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 水惑星学の創成
• 研究課題/領域番号: 20H04604
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 昭夫 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20281975)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 衛星内部海 / 氷火山 / 塩水溶液 / 高圧力 / 粘度

研究実績の概要

太陽系の外惑星領域では，表面が氷で覆われた天体が多数存在している。氷は水に浮くため，表面が凍っていても内部には液体になった領域が存在する天体がある。この様に天体内部に存在する水の領域は内部海と呼ばれている。内部海の存在が確認されている天体には木星の衛星であるエウロパや土星の衛星であるエンセラダスなどがあるが，エンセラダスでは内部海の物質が噴出する様子が探査衛星によって観測されており，この活動は氷火山と呼ばれている。さて，内部海はさらに内部の岩石との反応によって様々な成分が溶けていると考えられており，純粋な水ではない。特に，探査衛星によって軌道上には塩化ナトリウムやシリカが確認されていることから，内部海にはこれらの成分が溶けていたことがわかる。そこで本研究では，内部海の活動を理解するため，塩を含む水溶液の粘度を高圧力下で測定した。本年度はシリカ成分を追加した。実験は0～80 MPa, 260～300Kでシリカと塩化ナトリウムの量を変えて行った。実験の結果，粘度はシリカ成分の量に依存し，10 wt%で3桁の割合で増加することが分かった。また，NaClが5%増えると粘度は3～5倍増加することが明らかとなった。さらに，粘度の圧力依存性は横ばいもしくは単調増加であることが示され，純粋な水の粘度の圧力依存性とは異なることが分かった。この様にシリカ成分と塩を含む内部海の粘度は純粋な水の値と比べて最大で5桁も高くなる可能性があることから，内部海の冷却速度は大幅に低下することが考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Localized Deformation of Lawsonite During Cold Subduction (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi R.、Muto J.、Tsunoda A.、Sawa S.、Suzuki A.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 127 ページ: e2021JB022134
  • DOI: 10.1029/2021JB022134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of basaltic glass at pressures up to 18 GPa (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Tomonori、Sakamaki Tatsuya、Funakoshi Ken-ichi、Hattori Takanori、Hisano Naoki、Abe Jun、Suzuki Akio
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 107 ページ: 325～335
  • DOI: 10.2138/am-2021-7742
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ X-ray diffraction study of the phase boundary between diaspore and δ-AlOOH (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki A.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 117 ページ: in press
  • DOI: 10.2465/jmps.211215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase boundary of FeOOH at high pressure and temperature (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, O., Sakamaki, T., Ohashi, T., Ito, Y., and Suzuki, A.
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2021 巻: 39 ページ: 10
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ X-ray diffraction study of phase transitions in ScOOH (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Ikeda, O., Ban, R., Kubota, T., Sakamaki, T., Kuribayashi, T., and Suzuki, A.
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2021 巻: 39 ページ: 14
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] The influence of δ-(Al,Fe)OOH on seismic heterogeneities in Earth’s lower mantle (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohira Itaru、Jackson Jennifer M.、Sturhahn Wolfgang、Finkelstein Gregory J.、Kawazoe Takaaki、Toellner Thomas S.、Suzuki Akio、Ohtani Eiji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 12036
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91180-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase transitions of ScOOH under high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Yoshiaki、Ikeda Osamu、Ban Rintaro、Kubota Taito、Sakamaki Tatsuya、Kuribayashi Takahiro、Suzuki Akio
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 41 ページ: 275～289
  • DOI: 10.1080/08957959.2021.1964495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of a disposable type of 6-6 frame for high-pressure experiments (2021)
  • 著者名/発表者名: Fuchizaki, K., Wada, T., Naruta, H., Nakamura, K., and Suzuki, A.
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2020 巻: 38 ページ: 72
  • オープンアクセス
• [学会発表] Structure of hydrous sodium silicate melts at high pressures and high temperatures by in-situ neutron and X-ray diffraction experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Funakoshi, K., Hattori, T., and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] The partial molar volume of Fe2O3 in magma under high pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Ban, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 氷衛星内部海水を模擬した塩水溶液の粘度測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 第5回水惑星学全体会議
• [学会発表] Pressure-induced structural change of basaltic glass up to 18 GPa (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohashi, T., Sakamaki, T., Funakoshi, K., Hattori, T., Hisano, N., Abe, J. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Density of Fe2O3-bearing magma under high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: Ban, R., Sakamaki, T. and Suzuki, A.
  • 学会等名: JpGU Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Deuterium content and site occupancy in iron sulphide at high pressure and high temperature: Implications for the oxidation of early Earth’s mantle (2021)
  • 著者名/発表者名: Abykoon, S., Howard, C., Dominijanni, S., Eberhard, L., Frost, D., Boffa Ballaran, T., Kumosov, A., Terasaki, H., Sakamaki, T., Suzuki, A., Ohtani, E., Sano-Furukawa, A., and Abe, J.
  • 学会等名: Goldschmidt 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 月の溶岩の粘度 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡邉隆二，後藤章夫，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 硫酸マグネシウム水溶液の低温高圧における粘性測定：氷衛星内部流体に関する考察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野崎舜介，鎌田誠司，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] β-CrOODの水素結合配置の温度圧力依存性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市東力，鍵裕之，佐野亜沙美，柿澤翔，小松一生，飯塚理子，青木勝敏，阿部淳，町田真一，齊藤高志，神山崇，古川登，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] ε-FeOOHの弾性波速度に対する圧力誘起鉄スピン転移の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 池田理，坂巻竜也，福井宏之，内山裕士，Baron Alfred，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Phase transition of M3+OOH-type oxyhydroxides under high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Density measurement of silicate melt by the buoyancy test under high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] ステアリン酸からのダイヤモンド生成に伴う炭素同位体分別効果 ~C-H-O流体の炭素同位体組成決定へ向けた予察的検討~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 川村英彰，大藤弘明，サティシュ クマールマドスーダン，鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2021年年会
• [学会発表] Phase boundary between diaspore and δ-AlOOH (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭夫
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2021年年会
• [学会発表] マグマ内に存在するFe2O3の高圧下での部分モル体積 (2021)
  • 著者名/発表者名: 坂凛太郎，鈴木昭夫，坂巻竜也
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2021年年会
• [備考] 量子ビーム地球科学研究室
  • URL: http://epms.es.tohoku.ac.jp/QuEST/index.html