地球惑星内部における水素の挙動

地球内部氢的行为

• 批准号: 16J04690
• 负责人: 大平 格
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J04690/
• 关键词: 地球内部水素循環; 高温高圧実験; 放射光X線回折; 核共鳴非弾性X線散乱; 含水鉱物; 地球内部の水素循環; ダイヤモンドアンビルセル; 放射光X線

特別研究員としての2年間の研究では、高温高圧実験を手法として、含水プレートの沈み込みに伴う全マントル規模の水素輸送モデルの構築を目的として研究を進めた。含水プレートは、含水化したカンラン岩、海洋地殻、堆積物という複数の岩層で構成される。しかしながら、プレートが下部マントルまで沈み込んだ場合にどのような含水相が形成され、どの深さまで水素輸送を担うのかは未だ不明である。この点を明らかにするため、放射光施設SPring-8のBL10XUにおいて、レーザ加熱式ダイヤモンドアンビルセルと高温高圧その場X線回折装置を利用した実験を行った。実験から、含水プレートを構成する岩体のうち、Alに乏しいカンラン岩中では、AlOOHに乏しく圧力温度に対する安定性の低い"δ-AlOOH－MgSiO4H2 Phase H－ε-FeOOH固溶体"が形成されることがわかった。一方、Alに富む海洋地殻中では、AlOOHに富み圧力温度に対する安定性の高い上記固溶体が形成されることが明らかとなった。この結果は、海洋地殻中で形成される高い安定性をもつ含水固溶体が、下部マントルから核へと水素を輸送する役割を果たしている可能性を示す重要な成果である。また上述の研究の発展課題として、カリフォルニア工科大学およびバイロイト大学と共同で、Feを含むδ-AlOOH単相（以下 δ-(Al,Fe)OOH）の高圧下核共鳴非弾性X線散乱（以下 NRIXS）測定を行った。NRIXS測定は米国の放射光施設Advanced Photon Source の3-ID-Bで行い、常圧から80GPaまでの複数の圧力点で測定に成功した。結果から、δ-(Al, Fe)OOHは平均地震波速度と比較して縦波速度と横波速度の比(Vp/Vs)が大きくなることがわかった。したがって、この鉱物が下部マントルにおいてVp/Vsの正の異常を生み出す可能性を示した。

Special researcher for two years of research, high temperature and high pressure control methods, water transport and water transport, construction and research progress Water bearing rocks, marine crusts, deposits and formations The water phase is formed in the lower part of the body, and the transport of water in the lower part is unknown. The point is that the radiation light is applied to SPring-8 and BL10 XU, and the heating type is applied to high temperature and high pressure field X-ray folding device. The stability of δ-AlOOH-MgSiO4 H2 Phase H-ε-FeOOH solid solution is low due to the low pressure and temperature of AlOOH and AlOOH. A solid solution is formed in the crust of the sea rich in Al and AlOOH with high stability and high pressure temperature. The results show that the formation of high stability aqueous solid solutions in the ocean crust and the possibility of water transport in the lower part of the crust are important results. The development of the above-mentioned research project was carried out to determine the non-dispersive X-ray scattering (NRIXS) of nuclear resonance under high pressure containing δ-AlOOH single phase (hereinafter δ-(Al,Fe)OOH). The NRIXS successfully measured multiple pressure points in the 3-ID-B range of the Advanced Photon Source, which is used in the United States, at a constant pressure of 80GPa. Results: δ-(Al, Fe)OOH is the average seismic wave velocity and the ratio of shear wave velocity (Vp/Vs) is the largest. The possibility of abnormal occurrence of Vp/Vs in the lower part of the object is shown.

项目成果

バイロイト大学(ドイツ)

拜罗伊特大学（德国）

Water transport to the lowermost mantle driven by δ-AlOOH - Phase H (MgSiO4H2) solid solution

由 δ-AlOOH - H 相 (MgSiO4H2) 固溶体驱动的水输送至最下地幔

• 发表时间: 2016
• 作者: Itaru Ohira;Eiji Ohtani;Seiji Kamada;Naohisa Hirao;Akio Suzuki
• 通讯作者: Akio Suzuki

Formation of Phase H - δ-AlOOH Solid Solution in the Lower Mantle

下地幔中H相-δ-AlOOH固溶体的形成

• 发表时间: 2016
• 作者: Itaru Ohira;Eiji Ohtani;Seiji Kamada;Naohisa Hirao
• 通讯作者: Naohisa Hirao

Compressional behavior of δ-(Al,Fe)OOH to lower mantle pressures

δ-(Al,Fe)OOH 的压缩行为降低地幔压力

• 发表时间: 2017
• 作者: Itaru Ohira;Seiji Kamada;Jennifer M. Jackson;Wolfgang Sturhahn;Gregory J. Finkelstein;Takaaki Kawazoe;Fumiya Maeda;Naohisa Hirao;Satoshi Nakao;Akio Suzuki;Eiji Ohtani
• 通讯作者: Eiji Ohtani

Formation of a hydration zone at the bottom of the lower mantle

下地幔底部水化带的形成

• 发表时间: 2016
• 作者: Eiji Ohtani;Izumi Mashino;Itaru Ohira
• 通讯作者: Itaru Ohira