2012 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
22000002
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
大谷 栄治 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60136306)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 昭夫 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20281975)
寺崎 英紀 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50374898)
村上 元彦 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50401542)
平尾 直久 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (70374915)
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Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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Keywords | 地殻・マントル / 固体地球物理学 / 岩鉱・鉱物・鉱床学 / 地球惑星内部構造 / 高温高圧 |
Research Abstract |
前年度に引き続き両面加熱ダイヤモンドアンビルを用い、より高い圧力条件180GPaでのFe-Fe3S系の融点を決定した。また、Fe3Cにおいては200GPa, 3000K以上の条件でFe3C相が安定であることを明らかにした。Fe-Si-S系の融解実験を135GPa迄の条件で行い、金属鉄合金を共存するメルトの組成を分析し、固体鉄には珪素が濃集し液体には硫黄が濃集することを明らかにした。この結果から、内核は珪素に富み外核は硫黄に富むことを世界に先駆けて明らかにした。 次に、SPring8のBL10XUにおいて、粉末X線解析と同時にメスバウア分光を行う為の技術開発はほぼ終わり、100GPaまでの条件において数時間で良好なメスバウアスペクトルを取得することに成功し実験はルーチンで行えるステージに達し、Fe3+を含むMg-ぺロブスカイトについて、高圧下でメスバウアスペクトルを測定した。ぺロブスカイトのAサイトに存在するFe3+およびFe2+は、86GPaまでの条件で共に高スピン条件にあることを明らかにした。現在、FeO及びマグネシオブスタイトの測定を150GPa程度まで測定を行った。 更に、SPring8のBL35XUにおいてX線非弾性散乱法によって金属鉄hcp-Feの音速を核の内部の圧力である180 GPaを超える超高圧において測定した。これに加え、ポータブルレーザーシステムの光学系を確立し、50-100 GPaにおいて、レーザー加熱による3000 Kを超える高温での音速測定に成功した。またBL22XUでは、鉄-硫黄系メルトの音速を4-6GPaの条件で測定した。そして、核マントル境界での重いマグマを模擬したケイ酸塩ガラスの音速測定を行い、ガラス及びマグマの高圧での相転移可能性を探索した。これらの成果は、世界に先駆けて実現したものであり、地球深部研究において世界最先端を開くものである。
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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
平成24年度の課題については、Fe金属合金と金属鉄メルト間のSiとSの元素分配、高圧下でのメスバウア分光測定とX線回折法の同光学系での測定を可能にしたこと、X線非弾性散乱法によって50-100GPaで3000K以上での音速測定を可能にしたこと、また、鉄硫黄系液体の音速の測定に成功したことなど24年度に課題を十分に達成することができた。
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Strategy for Future Research Activity |
本特別推進研究もあと2年となる。年度内に予定の研究開発を完成し実験データを得るために、以下の2点について、研究組織・研究体制を強化する計画である。第一に、X線非弾性散乱法によって、核の条件で3000Kを超える条件での鉄の音速測定を世界に先駆けて成功させ、内核の構造と温度条件が議論できる実験データを確実に得るために、X線非弾性散乱法の専門家であり、ダイヤモンドアンビル高圧装置によるポータブル両面レーザー加熱システムの開発に携わってきた優れた若手研究者(福井裕史博士)を新たに研究分担者に加えた。さらに、この研究において最優先の課題である超高圧条件での固体鉄合金と金属液体の間の元素分配の研究を確実に行うために分析電子顕微鏡による元素分析、透過電子顕微鏡による鉱物組織観察の専門家である優れた若手研究者(宮原正明博士)をあらたに分担者に加えた。これによって、本研究のもっとも重要な課題である核の条件での鉄の音速測定および核の条件での固体鉄合金と液体金属の元素分配の測定を成功させることができる。そして、内核と外核の化学組成と温度構造の新たなモデルを提案することが可能になる。
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Research Products
(148 results)
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[Journal Article] Sound velocity measurements in liquid Fe-S at high pressure: Implications for Earth’s and lunar cores.2013
Author(s)
Nishida K., Kono Y., Terasaki H., Takahashi S., Ishii M., Shimoyama Y., Higo Y., Funakoshi K., Irifune T., Ohtani E.,
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 362
Pages: 182-186
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Sound velocity measurements in dhcp-FeH up to 70 GPa with inelastic X-ray scattering: Implications for the composition of the Earth’s core.2012
Author(s)
Shibazaki Y., Ohtani E., Fukui H., Sakai T., Kamada S., Ishikawa D., Tsutsui S., Baron A.Q.R., Nishitani N., Hirao N., Takemura K.
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 313-314
Pages: 79-85
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Stability of Fe-Ni hydride after the reaction between Fe-Ni alloy and hydrous phase (δ-AlOOH) up to 1.2 Mbar: Possibility of H contribution to the core density deficit.2012
Author(s)
H. Terasaki, E. Ohtani, T. Sakai, S. Kamada, H. Asanuma, Y. Shibazaki, N. Hirao, N. Sata, Y. Ohishi, T. Sakamaki, A. Suzuki, K. Funakoshi.
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Journal Title
Physics of the Earth and Planetary Interiors
Volume: 194
Pages: 18-24
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Sound velocity and density of liquid and solid alloys under pressure.2013
Author(s)
Terasaki, H., Nishida, K., Urakawa, S., Uesugi, K., Takubo, Y., Kuwabara, S., Higo, Y., Kono, Y., Kondo, T.
Organizer
The 3rd Global-COE international symposium on Deep Earth Mineralogy in conjunction with TANDEM 2013
Place of Presentation
Matsuyama, Japan
Year and Date
20130304-20130304
Invited
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[Presentation] Nature and origin of diamond in Almahatta Sitta Urelilite2013
Author(s)
Miyahara M., Ohtani E., El Goresy A., Lin Y., Feng L,m Zhang J., Gillet P., Nagase T., Muto J., Nishijima M
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocities of liquid Fe-S and Fe-Si at high pressure.2013
Author(s)
Nishida K., Terasaki H., Kono Y., Takahashi S., Shimoyama Y., Ushioda M., Sakurai M., Kuwabara S., Higo Y., Funakoshi K., Ohtani E.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Melting experiments of Fe-O-S at high pressure.2013
Author(s)
Sakamaki T., Ohtani E., Kamada S., Sakai T., Nishitani N., Takahashi S., Sakairi T., Ohira I., Hirao N., Ohishi Y.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocity and density measurement of Ni-S liquid at high pressure2013
Author(s)
Terasaki, H., Nishida, K., Urakawa, S., Uesugi, K., Takubo, Y., Kuwabara, S., Higo, Y., Kono, Y., Kondo, T.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocity of liquid iron alloys under Earth's core pressures by laser-shock compression2013
Author(s)
Takubo, Y., Terasaki, H., Shimoyama, Y., Urakawa, S., Nishida, K., Kondo, T., Katayama, Y.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocities of liquid iron alloys under Earth's core conditions by laser-shock compression2013
Author(s)
Sakaiya, T., Yokoyama, N., Hosogi, R., Kondo, T., Terasaki, H., Kadono, T., Hironaka, Y, Shigemori, K.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Iron alloy-water reaction and light elements in the Earth's core2013
Author(s)
Kondo, T., Yamashita, T., Yoshida, Y., Ishida, Y., Terasaki, H., Kikegawa, T.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocity of FeSi alloy at high pressure conditions by the laser-shock compression,2013
Author(s)
Hosogi, R., Sakaiya, T., Yokoyarma, N., Kondo, T, Terasaki, H., Hironaka, Y., Shigemori, K.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Sound velocity of liquid Fe-Ni-C alloy at high pressure and temperature2013
Author(s)
Kuwabara, S., Nishida, K., Terasaki, H., Funakoshi, K, Higo, Y., Ushioda, M., Sakurai, M., Kondo, T.
Organizer
Approach to the center of the Earth,
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20130221-20130221
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[Presentation] Development for sound velocity and density measurements of liquid metal at high pressures2012
Author(s)
Terasaki, H., K. Nishida, S. Urakawa, K. Uesugi, Y. Takubo, S. Kuwabara, A. Nakatsuka, M. Hoshino, Y. Kono, Y. Higo, T. Kondo
Organizer
AGU Fall meeting 2012
Place of Presentation
San Francisco, USA
Year and Date
20121206-20121206
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[Presentation] Phase relations and sound velocity measurements of iron-sulfur systems at high pressure: Implications for the Earth’s core.2012
Author(s)
Ohtani E., Kamada S., Sakai T., Terasaki H., Shibazaki Y., Sakamaki T., Takahashi S., Sakairi T., Fukui H., Baron AQ.
Organizer
AGU Fall meeting 2012
Place of Presentation
San Francisco, USA
Year and Date
20121205-20121205
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[Presentation] The Effect of oxygen on density of liquid iron at high pressure.2012
Author(s)
Takubo Y., Terasaki H., Shimoyama Y., Urakawa S., Suzuki A., Nishida K., Kamuro R., Kishimoto S., Konodo T., Ohtani E., Katayama Y.
Organizer
AGU Fall meeting 2012
Place of Presentation
San Francisco, USA
Year and Date
20121204-20121204
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[Presentation] リチウムの圧力誘起金属ー半導体ー金属転移と結晶構造変化,2012
Author(s)
松岡岳洋, 坂田雅文, 中本有紀, 高濱和嗣, 市丸孝太, 向健太, 太田健二, 平尾直久, 大石泰生, 清水克哉
Organizer
第53回高圧討論会
Place of Presentation
大阪、日本
Year and Date
20121108-20121108
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[Presentation] Teの超高圧X線回折実験2012
Author(s)
市川知裕, 今西和也, 福井宏之, 赤浜裕一, 藤久裕司, 平尾直久, 大石泰生
Organizer
第53回高圧討論会
Place of Presentation
大阪、日本
Year and Date
20121108-20121108
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[Presentation] An evidence for olivine dissociation into silicate-perovskite and magnesiowustite in a shocked Martian meteorite.2012
Author(s)
Miyahara M., Ohtani E., Ozawa S., Kimura M., El Goresy A., Sakai T., Nagase T., Hiraga K., Hirao N., Ohishi Y
Organizer
G-COE International Symposium “Achievements of G-COE Program for Earth and Planetary Dynamics and the Future Perspective
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
20120926-20120926
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[Presentation] Sound velocity measurements of liquid Fe-S at high pressure.2012
Author(s)
Nishida K., Kono Y., Terasaki H., Takahashi S., Ishii M., Shimoyama Y., Higo Y., Funakoshi K., Irifune T., Ohtani E.
Organizer
Asia Oceania Geoscience Society (AOGS) and AGU(WPGM) Joint Assembly
Place of Presentation
Singapore, Singapore
Year and Date
20120815-20120815
Invited
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[Presentation] Effect of sulfur on the sound velocity in liquid iron at high pressure.2012
Author(s)
Nishida K., Kono Y., Terasaki H., Takahashi S., Ishii M., Shimoyama Y., Higo Y., Funakoshi K., Irifune T., Ohtani E.
Organizer
Joint 2012 COMPRES Annual Meeting and High-Pressure Mineral Physics Seminar-8
Place of Presentation
Lake Tahoe, USA
Year and Date
20120712-20120712
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[Presentation] Experimental constraints on the size of Martian liquid core2012
Author(s)
Nakatsuka, A., Urakawa, S., Terasaki, H., Nishida, K., Uesugi, K., Funakoshi, K.,
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2012
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20120523-20120523
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[Presentation] Neutron Camera Installed in BL11 ”PLANET” Beamline in J-PARC2012
Author(s)
Inoue, T., Arima, H., Terasaki, H., Hattori, T., Sano, A
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2012
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20120523-20120523
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[Presentation] Density measurement of liquid Fe-C at High pressure and high temperature.2012
Author(s)
Shimoyama Y., Ohtani E., Terasaki H., Urakawa S., Nishida K., Takubo Y., Nakatsuka A., Kamuro R., Yokota I., Kishimoto S., Katayama Y.
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2012
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20120522-20120522
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[Presentation] Sound velocity measurements of liquid Fe-S t high pressure: Implications for the Earth’s and lunar cores.2012
Author(s)
Nishida K., Kono Y., Terasaki H., TakahashiS., Ishii M., Shimoyama Y., Higo Y., Funakoshi K., Irihune T., Ohtani E.
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2012
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20120522-20120522
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[Presentation] Density measurement of liquid Fe-O at high pressure and high temperature using an X-ray absorption method.2012
Author(s)
Takubo Y., Shimoyama Y., Terasaki H., Urakawa S., Nishida K., Kamuro R., Kishimoto S., Kondo T., Ohtani E., Katayama Y.
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2012
Place of Presentation
Chiba, Japan
Year and Date
20120522-20120522
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