オリビンは一瞬で高密度化する：惑星物質の衝撃変成解明の新展開

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01965
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 富岡 尚敬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30335418)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥地 拓生 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40303599) ; 宮原 正明 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90400241) ; 河津 励 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任研究員 (00447913)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: オリビン / 隕石 / 衝撃変成 / 相転移機構 / 透過電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

高温高圧下におけるカンラン石の高圧相転移メカニズムの解明を目的として、強い衝撃変成を経験した３つの普通コンドライト隕石のTEM観察を行った。観察した隕石では、母相のオリビンの一部が、固相のまま粒径1ミクロン前後のスピネル相（リングウッダイト）や準スピネル相（ワズレアイト）粒子の集合体に高圧相転移している。これらのオリビン高圧相の内部組織を高分解能観察したところ、過去にイプシロン相として理論予測されながら実試料では観察例のなかった、新準スピネル相（新鉱物ポワリエライト）が発見された。

Tenham隕石のリングウッダイト粒内には、{110}面上に幅数nmのポワリエライトのラメラが形成され、両鉱物は、<110>Rwd//aPoi//bPoi, cRwd//cPoiという結晶方位関係を示した。一方、Miami隕石のワズレアイト粒子は（010）面上にポワリエライトラメラを示し、結晶方位関係はaWds//aPoi, bWds //bPoi, cWds //cPoiであった。これらは、オリビン多形構造のトロポジー解析に基づき指摘されたものと一致し、リングウッダイト、ワズレアイト格子の剪断変形による無拡散メカニズムにより、ポワリエライトが形成されたことを示唆する。

Suizhou隕石については、母相のリングウッダイト単結晶に含まれるポワリエライトに対してX線結晶構造を行った。イプシロン相モデル（直方晶系）を元に構造精密化し得られたポワリエライトの格子定数は a = 0.5802(11) nm, b = 0.2905(9) nm, c = 0.8411(16) nmであり、準スピネル構造群では最小の単位格子を持つことが確認された。また、MサイトにおけるMg,Feの席占有率から求めた化学式は(Mg1.96Fe0.04)2SiO4、密度は3.33 g/cm3であった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

隕石の電子顕微鏡観察では十分な成果があがり、論文発表も行うことができた。2022年度以降も同様に観察を推進する。一方、高温高圧実験については、新型コロナ禍の影響で、装置のある岡山大学惑星物質研究所への出張が困難となった。そのため、2020年度の作業の大半を2021年度に繰り越した。実験手法は2021年度中に確立させることができ、一部の実験を予定通り完了した。計算機実験については、2021年度に研究基盤が整い、予備実験開始することがきた。全体として課題のスタートアップは良好であり、2022年度以降も大きな支障なく研究が遂行できる。

Strategy for Future Research Activity

隕石の電子顕微鏡観察は極めて順調であり、2022年度以降も同様の体制で分析を推進する。高温高圧実験については、新型コロナ禍の影響がありえるが、共同研究者との連携体制を見直し、高温高圧実験の作業を一部リモート化することで、2022年度以降についても大幅な遅延なく実施可能である。計算機実験については、2021年度内に基盤が整ったため、今後本格的な研究を継続できる。

Research Products

• [Journal Article] Poirierite, a dense metastable polymorph of magnesium iron silicate in shocked meteorites (2021)
  • Author(s): Tomioka Naotaka、Bindi Luca、Okuchi Takuo、Miyahara Masaaki、Iitaka Toshiaki、Li Zhi、Kawatsu Tsutomu、Xie Xiande、Purevjav Narangoo、Tani Riho、Kodama Yu
  • Journal Title: Communications Earth & Environment Volume: 2 Pages: 16
  • DOI: 10.1038/s43247-020-00090-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systematic investigations of high-pressure polymorphs in shocked ordinary chondrites (2020)
  • Author(s): Miyahara, M., Yamaguchi, A., Saitoh, M., Fukimoto, K., Sakai, T., Ohfuji, H., Tomioka, N., Kodama, Y., Ohtani, E.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 55 Pages: 2619-2651
  • DOI: 10.1111/maps.13608
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Developments in microfabrication of mineral samples for simultaneous EBSD-EDS analysis utilizing an FIB-SEM instrument: study on an S-type cosmic spherule from Antarctica (2020)
  • Author(s): Kodama, Y., Tomioka, N., Ito, M., Imae, N.
  • Journal Title: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences Volume: 115 Pages: 407-415
  • DOI: 10.2465/jmps.181227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Back-transformation mechanisms of ringwoodite and majorite in the reheated ordinary chondrite (2020)
  • Author(s): Fukimoto, K., Miyahara, M., Sakai, T., Ohfuji, H., Tomioka, N, Kodama, Y., Ohtani, E., Yamaguchi, A.
  • Journal Title: Meteoritics & Planetary Science Volume: 55 Pages: 1749-1763
  • DOI: 10.1111/maps.13543
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-resolution microstructural analysis of shock deformation in apatite from the peak ring of the Chicxulub impact crater (2020)
  • Author(s): Cox, M. A., Erickson, T. M., Schmieder, M., Christoffersen, R., Ross, D. K., Cavosie, A. J., Bland, P. A., Kring, D. A., the IODP-ICDP Expedition 364 Scientists (including Tomioka, N.)
  • Journal Title: Meteoritics ＆ Planetary Science Volume: 55 Pages: 1715-1733
  • DOI: 10.1111/maps.13541
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The universal sample holders of microanalytical instruments of FIB, TEM, NanoSIMS, and STXM-NEXAFS for the coordinated analysis of extraterrestrial materials (2020)
  • Author(s): Ito, M., Tomioka, N., Kodama, Y., Uesugi, K., Uesugi, M., Sakurai, I., Okada, I., Ohigashi, T., Yuzawa, H., Yamaguchi, A., Imae, N., Karouji, Y., Shirai, N., Yada, T., Abe, M.
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Pages: 133
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01267-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Shock metamorphism in a quasi-open system II: Melt veins in basalt at shock stage 2 (2021)
  • Author(s): H. Ono, K. Kurosawa, T. Niihara, T. Mikouchi, H. Genda, N. Tomioka, M. Kayama, M. Koike, Y. Sano, W. Satake, T. Matsui
  • Organizer: 52nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Shock metamorphism in a quasi-open system I: Undulatory extinction in calcite (CaCO3) (2021)
  • Author(s): K. Kurosawa, H. Ono, T. Niihara, T. Mikouchi, N. Tomioka, H. Genda, T. Sakaiya, T. Kondo, M. Kayama, M. Koike, Y. Sano, W. Satake, T. Matsu
  • Organizer: 52nd Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A new olivine polymorph “poirierite” in shocked meteorites and its possible high-pressure synthesis conditions (2020)
  • Author(s): Naotaka Tomioka, Takuo Okuchi, Luca Bindi, Masaaki Miyahara, Toshiaki Iitaka, Zhi Li, Xiande Xie, Narangoo Purevjav, Kiyoshi Fujino, Tetsuo Irifune, Riho Tani, Yu Kodama
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分析電顕での定量分析における吸収補正の問題点 (2020)
  • Author(s): 藤野清志、富岡尚敬、大藤弘明
  • Organizer: 日本鉱物科学会年会
• [Presentation] Mg2SiO4第４の多形：コンドライト中の新鉱物ポワリエライト (2020)
  • Author(s): 富岡尚敬、Bindi Luca、奥地拓生、宮原正明、飯高敏晃、Li Zhi、河津励、Xie Xiande、Purevjav Narangoo、谷理帆、兒玉優
  • Organizer: 日本鉱物科学会年会
• [Remarks] High-Pressure Mineral Database
  • URL: https://sites.google.com/site/highpmineral/