鉱物中の水素位置で読み解くマントルダイナミクス：鉱物物性の結晶化学的理解に向けて

基于矿物中氢位置解读地幔动力学：对矿物性质的晶体化学理解

• 批准号: 16J05854
• 负责人: 櫻井 萌
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Okayama 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 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05854/
• 关键词: 無水鉱物; FT-IR; 高圧その場IR実験; 上部マントル; 水素配置; FTIR; 水素位置

本研究では、マントルダイナミクスの解明に向け、水に起因した物性変化を結晶化学原理により体系的に理解することを目的とし、高圧実験を主とした鉱物中の水素位置の決定および、今後の発展として、低温高圧その場IRへの装置の改良を試みた。常温における高圧その場IR実験の手法がおおむね確立したため、本年度は極低温下における無水鉱物中の水素のIR観察を試みた。一般に、物体の温度を極低温（～10 K）まで下げIRスペクトルを測定することで、原子の熱振動が弱まり、ブロードなIRバンドは縮退し、シャープなバンドとなることが期待される。徳島大学野口直樹助教の協力の下、高圧実験により水を含ませたFoとEnの多結晶体を、8 Kという極低温下でIRスペクトルの測定を行った。本測定においては、残念ながら常温下のスペクトルと比べ大きな変化は見られなかった。しかしながら、近年Geiger and Rossman (2019)　においてガーネットの80 KでのIRスペクトルの観察が報告されており、こちらでは常温下で1つのブロードなバンドだったものが、低温下では2つのシャープなバンドに分離していく様子が報告されている。鉱物によって変化が見られるものと見られないものがあるようであるが、シャープなバンドへと変化する鉱物に関しては今後水素位置決定の大きな助けとなることが期待される。そのため、現在開発途上ではあるものの、80 K程度の低温下での高圧その場IR測定を行うことを目的とし、岡山大学惑星物質研究所に設置された顕微真空IR装置の改良を行っている。低温の実現には、液体窒素を用いて熱伝導によりDACごと冷却することを想定している。しかしながら、熱伝導で冷却を実現するためには、10-4 Pa程度の真空度が必要で、現状の真空度では不十分であることが判明し、真空ポンプの取替えを含め、現在試行錯誤を加えている段階である。

This study で は, マ ン ト ル ダ イ ナ ミ ク ス の interpret に け, cause water に し た physical - chemical を crystal chemistry に よ り system に understand す る こ と を purpose と し, high 圧 be 験 を main と し た 鉱 の water element position in の decided お よ び, future の 発 exhibition と し て, high low temperature 圧 そ の field IR へ の device の improved を try み た. High temperature に お け る 圧 そ の field IR be 験 の gimmick が お お む ね establish し た た め に, this year's は extremely low temperature お け る anhydrous 鉱 の の water element in the IR 観 examine を try み た. General に, object の を extremely low temperature (~ 10 K) ま で げ under IR ス ペ ク ト ル を determination す る こ と で, atomic thermal vibration の が weak ま り, ブ ロ ー ド な IR バ ン ド は retreat し, シ ャ ー プ な バ ン ド と な る こ と が expect さ れ る. Naoki noguchi ta DE island university の together under の, high 圧 be 験 に よ り water を ま せ た Fo と En の crystals を, 8 K と い で IR ス う extremely low temperature ペ ク ト ル の line measurement を っ た. This determination に お い て は, residual な が ら temperature の ス ペ ク ト ル と than べ き な variations change は see ら れ な か っ た. <s:1> ネット ながら, Geiger and Rossman (2019)にお てガ てガ ネット ネット ネット 80 K で の IR ス ペ ク ト ル の 観 examine が report さ れ て お り, こ ち ら で は temperature で 1 つ の ブ ロ ー ド な バ ン ド だ っ た も の で が, low temperature は 2 つ の シ ャ ー プ な バ ン ド に separation し て い く others child が report さ れ て い る. 鉱 content に よ っ て variations change が see ら れ る も の と see ら れ な い も の が あ る よ う で あ る が, シ ャ ー プ な バ ン ド へ と variations change す る 鉱 content に masato し て は の big future decision water element position き な help け と な る こ と が expect さ れ る. そ の た め, now open 発 way で は あ る も の の, degree of 80 K で の low temperature high の 圧 そ の field IR measuring line を う こ と を purpose と し, okayama university institute of planet material に set さ れ た 顕 micro vacuum line improved IR device の を っ て い る. Low temperature の be presently に は, liquid smothering element を い て hot 伝 guide に よ り DAC ご と cooling す る こ と を scenarios し て い る. し か し な が ら, hot 伝 で cooling を be presently す る た め に は, degree of 10-4 Pa の vacuum degree of vacuum が で necessary, status の で は not quite で あ る こ と が.at し, vacuum ポ ン プ の replaced え を め, now for wrongs を え て い る Duan Jie で あ る.

项目成果

Pressure effect on IR spectra of anhydrous minerals

压力对无水矿物红外光谱的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Nishida;A. Suzuki;H. Terasaki;Y. Shibazaki;Y. Higo;S. Kuwabara;Y. Shimoyama;M. Sakurai; M. Ushioda;E. Takahashi;T. Kikegawa;D. Wakabayashi;and N. Funamori;櫻井萌・辻野典秀
• 通讯作者: 櫻井萌・辻野典秀

High-pressure generation in the Kawai-type multianvil apparatus equipped with tungsten-carbide anvils and sintered-diamond anvils, and X-ray observation on CaSnO3 and (Mg,Fe)SiO3

• DOI: 10.1016/j.crte.2018.07.004
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Comptes Rendus Geoscience
• 影响因子: 1.4
• 作者: D. Yamazaki;E. Ito;T. Yoshino;N. Tsujino;A. Yoneda;H. Gomi;Jaseem Vazhakuttiyakam;M. Sakurai;Youyue Zhang;Y. Higo;Y. Tange

Phase transition of wadsleyite-ringwoodite in the system Mg2SiO4-Fe2SiO4

Mg2SiO4-Fe2SiO4体系中硅锰矿-尖伍德石的相变

• DOI: 10.2138/am-2019-6823
• 发表时间: 2019
• 期刊: American Mineralogists
• 作者: N. Tsujino;T. Yoshino;D. Yamazaki;M. Sakurai;W. Sun;F. Xu;Y. Tange;Y. Higo
• 通讯作者: Y. Higo

In-situ IR high pressure experiment on hydrous forsterite

含水镁橄榄石原位红外高压实验

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Nishida;A. Suzuki;H. Terasaki;Y. Shibazaki;Y. Higo;S. Kuwabara;Y. Shimoyama;M. Sakurai; M. Ushioda;E. Takahashi;T. Kikegawa;D. Wakabayashi;and N. Funamori;櫻井萌・辻野典秀;櫻井萌・辻野典秀・大藤弘明;櫻井萌・辻野典秀;櫻井萌・辻野典秀・舘野繁彦・鈴木敏弘・芳野極・河村雄行・高橋栄一
• 通讯作者: 櫻井萌・辻野典秀・舘野繁彦・鈴木敏弘・芳野極・河村雄行・高橋栄一

マントル無水鉱物中の水素位置の特定に向けて

确定地幔无水矿物中氢的位置

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Nishida;A. Suzuki;H. Terasaki;Y. Shibazaki;Y. Higo;S. Kuwabara;Y. Shimoyama;M. Sakurai; M. Ushioda;E. Takahashi;T. Kikegawa;D. Wakabayashi;and N. Funamori;櫻井萌・辻野典秀;櫻井萌・辻野典秀・大藤弘明;櫻井萌・辻野典秀;櫻井萌・辻野典秀・舘野繁彦・鈴木敏弘・芳野極・河村雄行・高橋栄一;櫻井萌・辻野典秀・鈴木敏弘・芳野極
• 通讯作者: 櫻井萌・辻野典秀・鈴木敏弘・芳野極