【研究領域課題番号】19H01989 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地球・惑星内部構造 / 地殻・マントル物質 / 固体地球物理学 / 地球化学 / 高温高圧 / 地球内部 / マントル / 酸化還元状態 / 高温高圧実験 / ダイヤモンドアンビルセル / 融解 / ダイヤモンド

【研究成果の概要】

昨年度までに立ち上げた高温高圧力下その場測定を行うための分析装置と、それに適合した高温高圧実験装置を用いて、マントル物質の酸化還元状態を理解するための実験的研究を推進した。当該年度に得られた研究業績として、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、マントル深部に存在する可能性のある高圧酸化鉄相の電気伝導度を高圧力下その場測定した結果を、国際学術論文として発表できた。未だ測定されたことのない領域での測定に成功することができた。得られた結果から、地球深部における酸化還元状態異常が、高電気伝導度異常領域として観測される可能性があることを明らかにした。また、高圧酸化鉄相の磁化率、比熱、電気伝導度を従来よりも広い温度領域で測定することにも成功し、その結果は現在投稿準備中である。その他、当該年度に発表できた成果としては、地球核の軽元素を実験的に制約する技術的な手法に関する総説記事をアメリカ地球物理学会(AGU)発行の書籍に投稿し、その後受理された。また、大型放射光施設SPring-8においてビームライン担当研究者と共同研究を推進し、高速X線回折測定と、瞬間レーザー加熱を組み合わせた新しいシステムを用いた実験に成功した。これまでになく精密に短時間加熱を制御できるようになったことで、超高圧力下においても反応速度論に基づく物質反応プロセスに関する研究が推進できる環境が整った。新しい実験手法の枠組みが整ったことで、実験を容易に繰り返すことができるようになり、地球惑星内部や小天体衝突時における反応プロセスの更なる理解につながると期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15H02630 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

島弧火成作用 / プレート境界沈み込み / マグマ生成過程 / 鞍部チリ弧 / 南部チリ弧 / 線状変質帯（破砕帯） / 第四紀火山 / 親水性元素 / 流体の付加 / マグマ成因 / チリ弧 / 南部火山地帯 / 沈み込み帯 / 線状変質帯 / アンチモン / 地殻・マントル物質 / 地球化学 / 火山 / 地質学 / テクトニクス / 脱水融解作用 / マグマ成因論 / 断裂帯 / 地殻・マントル化学 / マグマ・火成岩 / 同位体・放射年代 / 物質循環 / 脱水作用 / トランスフォーム断層

【研究成果の概要】

比較的若い形成年代を持つナスカプレートが沈み込んでいる南部チリ弧では海洋地形から破砕帯（線状変質帯）が沈み込んでいる地域を明瞭に把握できる．本研究により，この破砕帯が沈み込む直上に位置する第四紀島弧火山を構成する火山岩類はそれ以外の周囲の火山に比べ，非常に高い親水性元素（例えば，Cs, Rb, Ba, K, Pb, Sr, Sbなど）の濃集が認められた．このことから，破砕帯が沈み込んでいる直上に位置する火山においては，通常の島弧火成作用よりも流体の付加が大きくなり，マントルウェッジの部分融解量が増大し火成活動が活発化していることが明らかになった．

【研究の社会的意義】

今回，南部チリ弧に分布する島弧火山帯において，沈み込む海洋プレートに発達する断裂帯直上の第四紀火山の島弧火成活動は通常の地域の火山に比べ流体の付加が増大し，活発化していることが明らかになった．南部チリ弧では比較的若い海洋プレートが沈み込んでいるため，海底地形から破砕帯の位置は明瞭に把握できるが，古い海洋プレートが沈み込んでいる東北日本弧や伊豆―小笠原弧ではその上に厚い堆積物が覆っているためその位置は明確でない．しかし，今回得られた地球化学的解析法を駆使すれば，環太平洋火山地帯全域の第四紀火山において，どの火山が今後活発化するか推定できうる重要な基礎データになる可能性がある．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】38,610千円 (直接経費: 29,700千円、間接経費: 8,910千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】26302010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 地殻・マントル物質 / 地球化学 / 固体地球科学 / 地質学 / 地球・惑星内部構造

【研究成果の概要】

西太平洋のオントンジャワ海台とシャツキー海台という2つの超巨大火山（巨大海台）を対象とした。巨大海台の多量マグマは熱プルーム頭部がプレート境界に衝突することにより生産し、火山活動は短時間（数百万年以内）に終了すると提案されている。しかし活動終了後に再活動してできた海山が存在するようである。そこで4回の航海（KR14-07, KR16-04, KH-17-J01, KR17-13）により、海山の地質調査と岩石採取を行った。その結果、熱プルームモデルから想定されるよりも長期間の活動を行っており、巨大海台のマグマ成因には複雑なモデルを考慮しなければならないことが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】25707042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水 / 年代測定 / 微惑星 / 原始惑星 / レイトベニア / 地殻・マントル物質 / 地球化学 / 地球・惑星内部構造 / 惑星起源・進化 / 揮発性元素 / 隕石 / 年代 / アパタイト

【研究成果の概要】

惑星進化の諸段階過程における水及び揮発性元素の挙動を探るため，様々な隕石試料について年代分析，微量元素濃度分析，水素同位体分析を実施した．その結果，地球と同程度揮発性元素濃度に枯渇している隕石中にも水が含まれていること，それらの隕石の形成年代は太陽系形成から約1000万年以内であること，それらの隕石の一部の水の同位体組成は，地球の海水の同位体組成と一致することが明らかになった．これは，地球の水はコア形成後にコンドライト隕石などの水に富む天体の付加によってもたらされる（レイトベニヤ仮説）必要はなく，地球の集積時には既に水が存在していた可能性を示唆する．

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】21840068 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地殻・マントル物質 / 白金族元素 / オスミウム同位体 / かんらん岩 / 地球化学 / 岩石・鉱物・鉱床学

【研究成果の概要】

地球マントルの形成条件に制約を与えることを目的に、かんらん岩試料の白金族元素濃度.オスミウム同位体比の高精度分析を簡便に行うルーチン手法を確立し、東太平洋海膨より回収された深海性かんらん岩試料に適用した。その結果、白金族元素はマグマや流体による移動度が非常に低く、中央海嶺直下での高い融解作用やその後の変質作用を被った深海性かんらん岩についても、起源マントルの組成やその不均質性程度を理解する上で有用であることが判明した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】2,704千円 (直接経費: 2,080千円、間接経費: 624千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】20740314 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地球化学 / 地殻・マントル物質 / 地球・惑星内部構造 / 同位体 / 質量分析 / 希ガス / ハロゲン / 中性子照射

【研究成果の概要】

本研究では、原子炉における中性子照射による核変換を応用した、希ガス・ハロゲン多元素同時分析の手法を確立した。これをマントルカンラン岩やダイヤモンドなどの地球深部由来の試料に用いることによって、マントルへの表層からの水の沈み込みと、深部マントル物質の上昇が、いずれも深さ100～200kmのマントルにおいて活発に起こっている地球化学的な証拠を見出した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】19840019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地殻マントル物質 / 地球化学 / 岩石鉱物鉱床学 / ナノ材料 / セラミックス

【研究成果の概要】

申請人は、希ガスや白金族元素の粒界への固溶度、粒界拡散システマティックス、粒間メルトの浸透カイネティックス、粒界破壊条件とその際放出されるガスの探索など、粒界物性に関わる地球科学の重要諸問題を中心に研究を進めるため、粒径が極めて細粒のものから粗粒なもの(100nm-100μm)までを系統的に変化させた、大型、かつ高緻密な多結晶体を作成する手法開発を研究目的に掲げた。
手法は、物質・材料研究機構において開発されたナノパウダーを出発物質とした、フォルステライト焼結法を参考にした。Mg(OH)_2パウダーは、宇部マテリアル(株)の協力を得て、市販されていない極細粒・高純度・高分散のものを使用した。物質・材料研究機構での熱分析から、最適のフォルステライト合成条件を探った。また、雰囲気、焼結時間や温度の制御から最適焼結条件を探った。そこで、得られた知見から、ナノパウダーの攪拌・混合、異種パウダー同士を反応させ目的の鉱物を合成する前熱処理(1000度、5時間)、冷間静水圧等加圧成形(CIP)法による圧粉体(φ=8mm,5mm厚)を作製、そして1400度での真空焼結が最適であることを見出した。実験試料は、常にアルキメデス法によって緻密度の測定、走査型電子顕微鏡法で逐一粒径測定がされ、本手法によって得られる試料は、平均粒径1ミクロンを切り、緻密度もほぼ100%を達成していることが判明した。焼結時間の延長、MgとSiの比を変えることで、粒径の増大が見込める。
以上の手法によって得られる試料は、粒界物性値を得るのに十分適していると考えられ、掲げた手法開発目的が達成された。

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2007

【配分額】3,105千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 405千円)