2021 Fiscal Year Research-status Report
Studies of magmas under pressure by using high-pressure X-ray tomography
| Project/Area Number |
19KK0093
|
|---|
| Research Institution | Ehime University |
|---|
Principal Investigator |
河野 義生 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (20452683)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 望 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特定研究員 (70824275)
桑原 秀治 岡山大学, 惑星物質研究所, 特任助教 (50505394)
大平 格 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究員 (90873159)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
|
| Keywords | メルト / 高圧 / 弾性波速度 / X線トモグラフィー / メルト構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度においても、新型コロナウィルスの感染拡大の影響により米国に渡航することはできなかったが、2020年度に構築したリモート技術を活用した実験システムを用いることにより、米国の放射光X線施設APSにおける国際共同研究実験を日本からのリモート操作で実施した。2021年度においては、若手研究者の近藤と大平が課題代表者としてプロポーザル申請を行い、それぞれ4月6日-10日、7月10日-12日においてリモートシステムを用いた高圧実験、放射光X線測定を実施した。近藤が中心となって行った実験では、CaSiO3ガラスにおいて、これまで他のケイ酸塩組成ガラスで得られていた知見と異なる高圧構造変化を発見した。この成果については、すでに論文を執筆し、Frontiers in Earth Science誌に現在投稿中である。また、大平の研究については、日本における高圧下弾性波速度測定実験により、高圧下においてCaAl2O4ガラスの圧縮挙動が大きく変化することを発見した。その構造的要因を理解するため、APSにおいて高圧下におけるCaAl2O4ガラスの構造測定を行った結果、弾性波速度の急激な変化と同じ圧力条件下において、CaAl2O4ガラスの構造変化を発見した。これら日本と米国での実験結果を組み合わせることにより、CaAl2O4ガラスの高圧下における急激な圧縮挙動の変化と構造変化の関係を議論することができると考えている。さらに、研究分担者の桑原が中心となり推進している研究では、APSにおけるX線トモグラフィー測定により得られたFeSメルトの3次元分布構造結果と、日本において測定した弾性波速度結果を組み合わせることにより、高圧下における岩石中のメルトの3次元分布構造とその影響による弾性波速度低下の関係を議論することができた。この成果については、現在論文を執筆中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年からの新型コロナウィルスの感染拡大により米国に渡航することが困難な状況においても、アメリカの放射光X施設APSの共同研究者と協働することにより、リモート操作による高圧放射光X線実験を行い、国際共同研究を推進している。APSで行った近藤の研究については2021年度にすでに論文を執筆し、Frontiers in Earth Science誌において現在査読中である。また、大平が推進するCaAl2O4ガラスの研究についても、実験データのまとめを終えており、2022年度中の論文投稿に向け準備中である。さらに、研究代表者の河野はケイ酸塩マグマのアナログ物質であるSiO2ガラスについての研究を行い、高圧下のSiO2ガラスにおける異常圧縮挙動の構造的起源についての実験的証拠を発見することに成功した。この研究成果については2022年4月にNature Communications誌に論文が受理されている。さらに、研究分担者の桑原が推進している研究では、APSにおけるX線トモグラフィー測定結果と日本での高圧下弾性波速度測定結果を組み合わせることにより、FeSメルトの3次元分布構造がかんらん岩の弾性波速度に与える影響を議論することに成功している。この研究についても、2022年度中の投稿に向け現在論文を執筆中である。一方、本研究におけるメルトを含む岩石の弾性波速度測定を行うために新しく開発した実験技術について、論文を執筆し、2021年度にHigh Pressure Research誌に出版した（Kono et al., 2021）。
また、2020年度にアメリカ側共同研究者のYanbin Wang博士と論文を出版したSiO2ガラスの超高圧下における構造変化の研究について、2021年度中に２件の招待講演を受けるなどの高い評価を受けている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は研究実施最終年度となるため、2019-2021年度の３年間に得られた実験結果の解析と成果のとりまとめを中心に行う。さらに不足データについての実験を行い、研究を完成させる。
メルトの３次元構造がかんらん岩の弾性波速度に与える影響の研究については、2019年度にFeSメルトを含むかんらん岩の弾性波速度の測定を行った。さらに、2020年度、2021年度にアメリカの放射光X線施設APSの13BMDビームラインにおいてX線トモグラフィー測定を行い、かんらん岩試料中のFeSメルトの３次元構造の解析を行った。これら弾性波速度測定結果とX線トモグラフィー測定結果を組み合わせることにより、メルトの３次元構造がかんらん岩の弾性波速度に与える影響を議論することができており、2022年度中にこの成果をとりまとめ、論文を投稿する。
ケイ酸塩マグマのアナログ物質である酸化物ガラスを用いた高圧下における弾性特性・圧縮挙動の研究については、これまでCaAl2O4ガラス、SiO2-Al2O3組成ガラスの弾性波速度測定を行い、特にアルミニウムがケイ酸塩マグマの弾性特性・圧縮挙動に与える影響の研究を進めてきた。CaAl2O4ガラスについてはすでに実験結果をまとめており、2022年度中に論文を執筆・投稿する予定である。一方、SiO2-Al2O3組成ガラスについては、2022年度中に追加の高圧下弾性波速度測定、構造測定を行い、研究を完成させることを計画している。
さらに、CaSiO3ガラス、MgSiO3ガラスについて、高圧下での構造変化を理解するためにアメリカのAPSと日本のSPring-8において高圧放射光X線実験を行なっている。CaSiO3ガラス、MgSiO3ガラスの高圧構造変化の論文については、現在論文を投稿中であり、2022年度中の出版を目指している。
|
| Causes of Carryover |
2021年度において、研究代表者の河野が筆頭著者の論文と研究分担者の近藤が筆頭著者の論文を執筆し、それぞれNature Communications誌とFrontiers in Earth Science誌に論文を投稿していた。両方の雑誌ともにオープンアクセス雑誌であるため、それぞれ約90万円、約40万円の経費を準備していたが、2021年度末時点でまだ査読が続いていたため、次年度使用額が生じた。この次年度使用額は2022年度に論文が出版される際に使用する予定であり、河野が筆頭著者のNature Communications誌に投稿した論文についてはすでに2022年4月に論文が受理されている。
|
