2017 Fiscal Year Annual Research Report
Core-mantle evolution constrained by element partitioning
| Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
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| Project/Area Number |
15H05831
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小木曽 哲 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (60359172)
三部 賢治 東京大学, 地震研究所, 助教 (10372426)
鎌田 誠司 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30611793)
舘野 繁彦 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (30572903)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 核-マントル / 軽元素 / 強親鉄性元素 / 元素分配 / 同位体分別 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
硫黄同位体分析システムを用いて標準物質の分析を行ったところ誤差が大きく、ターボポンプを2つ追加し超高真空システムへ改修した。また高圧実験試料の質量を測るため精密天秤を購入した。高温高圧実験とその合成試料分析、さらに天然試料の分析を行い、以下の代表的な成果を得た。これらの成果は、下部マントルおよび核－マントル境界付近の元素の挙動やリザーバーの存在、核－マントル間の元素分配と軽元素の同位体分別係数に関する重要な制約を与えると期待される。
1) 高圧下における炭酸塩メルト－ダイヤモンド間の炭素同位体分別について、約8 GPa以上の圧力で反応実験を行なった。しかし回収試料は同位体平衡に達しておらず、今後は加熱時間を延ばして実験を行う。
2) 下部マントルの温度圧力条件で様々な酸化還元条件を模擬し、地球深部に沈み込んだ炭酸塩の安定性を明らかにした。放射光X線回折法を用いてその場分析した結果、FeHx由来と見られるピークを発見した。その一方、XRD分析ではFe3Cと(Mg,Fe)CO3高圧相由来と見られるピークを観察できた。今後は回収試料のXRD・TEM分析を行い、より詳細な相同定を進める。
3) 初期地球のマグマオーシャンでの最終固結に伴う揮発性物質の挙動を理解するため、高温高圧下で揮発性物質を含むマグマの性質を調べる実験的研究を行った。
4) 海洋地域に産するカンラン岩捕獲岩に含まれる白金族鉱物の産状をTEMを用いて解析し、白金族鉱物が海洋リソスフェア下部で硫黄を含む炭酸塩メルトより晶出したことを明らかにした。
5) 地球の原材料物質の候補であるエンスタタイトコンドライトについて、下部マントル相当の温度圧力条件における相平衡関係を決定した。主要構成鉱物であるブリッジマナイトはリキダス相として晶出し得ることを明らかにし、溶融鉄－溶融ケイ酸塩間の軽元素分配についても予察的な結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画研究の目的は下部マントルや核－マントル境界付近の元素の挙動・リザーバーの存在、核－マントル間の元素分配と軽元素の安定同位体分別係数を明らかにすることである。そのためには微小領域の高精度の分析が不可欠である。この目的を達成するため、導入した最新型の同位体比質量分析計に微小領域試料導入システムを構築した。
このシステムを用いて軽元素の安定同位体比を分析するにあたり、下部マントルや核―マントル境界付近の温度圧力条件下の実験生成物質の測定を可能にするために、資料を減らしても必要な精度を維持できる手法の開発を進めており、おおむね計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度についても、これまで通り様々な出発物質を使用した高温・高圧下での元素分配・同位体分別実験を行い、核－マントル境界までの温度・圧力条件の変化と同位体分別定数との関係、他元素の二次的効果、液相－固相間または金属メルト－珪酸塩メルト間（液相不混和）の元素分配・同位体分別係数を見積もる。さらに水とマグマの間の第２臨界端点付近での希ガスの挙動を調べる実験を行うため，外熱式ダイヤモンドアンビルに希ガスを封入する装置の開発を行う。マントルの温度圧力条件は川井型マルチアンビル装置、ピストンシリンダー装置を使用し、より高圧の実験はレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルを用いて行う。実験生成物の電子顕微鏡観察 、軽元素同位体分析、EPMA分析、集束イオンビーム加工 (FIB)による断面のTEM観察、二次イオン質量分析計 (SIMS)、レーザー照射型誘導結合プラズマ質量分析計 (LA-ICP-MS)による微量元素精密分析を順次組み合わせて行うことで、上記の目的を達成する。また、天然のマントルカンラン岩の微細構造観察や微小領域の化学組成分析などを行い、地球内部での揮発性物質の挙動を実際の地球深部の岩石から読み取ることを試みる。これら高温高圧実験の結果と天然の試料の分析結果を総合的に解析し、核－マントルの共進化と相互作用を読み解く。さらにこれら実験・観測で得られた成果は理論計算班(A04-1)と共同で第一原理電子状態計算法を用いた元素・同位体シミュレーションを行う。これにより新たな地球深部化学進化モデルを構築する。
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Research Products
(61 results)
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[Presentation] Compressional behavior of δ-(Al,Fe)OOH to lower mantle pressures2017
Author(s)
Itaru Ohira, Seiji Kamada, Jennifer M. Jackson, Wolfgang Sturhahn, Gregory J. Finkelstein, Takaaki Kawazoe, Fumiya Maeda, Naohisa Hirao, Satoshi Nakao, Akio Suzuki, Eiji Ohtani
Organizer
HPMPS9th
Int'l Joint Research
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