無水鉱物中の微量水素位置の特定：マントルレオロジーへの応用

无水矿物中痕量氢位置的识别：在地幔流变学中的应用

• 批准号: 13J07374
• 负责人: 櫻井 萌
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07374/
• 关键词: 高圧その場IR; 上部マントル; カンラン石; 斜方輝石; ダイヤモンドアンビルセル; 第一原理計算; 無水鉱物; FT-IR; 高圧実験; 水素挙動; 分配係数

本研究では、上部マントル鉱物中の水素挙動の解明に向け、理論計算および高圧その場IR実験を用いて研究を行った。本年度は採用満了年度として、当該採択課題より得られた結果を元に、鉱物中の水素挙動がマントルレオロジーに与える影響を考察した。水素は非常に軽く、高温高圧下の状態が保持されず、大気条件下に戻るときに位置が容易に変化してしまうと考えられる。そこで、本年度は技術的に困難とされる水を含んだ無水鉱物のIRその場観察実験を行い、その手法の確立、およびIRスペクトルの圧力変化を観察することを試みた。過去3年の研究結果を振り返り、地球上部マントル中の水素挙動に関し、結晶科学的観点から考察を行った。「最上部マントル条件下における鉱物間の水の分配実験」でFT-IRにより得られたIRスペクトルと、「斜方輝石中の微量水素位置の特定」で第一原理計算により得られた振動数を直接比較することで、無水鉱物の水素位置を決定する手法を開発した。さらに、含水量の低い無水鉱物のための高圧その場IR測定の手法開発を行った。最後に、高圧条件下で得られたIRスペクトルを確立した第一原理的手法と組み合わせ、Foの水素配置の変化について考察した。この結果、実験的に含水量の変化に伴いかんらん石のすべり面が変化することが知られていたが、この変化は水素配置の変化により説明できることがわかった。本研究成果はその場観察実験によって得られた水素位置の変化と物性の変化の関係を結びつけ、水素配置というミクロの視点からマントルレオロジーというマクロの視点の解釈を行った初めての報告であり、今後さらに研究を進めることで含水量の関数としてマントルの粘性、電気伝導度などの物性が、結晶化学原理により体系的に理解可能になることが期待される。これが現実のものとなれば、マントルレオロジー研究の上で大きなブレークスルーとなることが予想される。

This study is aimed at solving the problem of water element movement in the upper part of the body, theoretical calculation and application of high voltage field IR This year, we will examine the impact of water pollution on the results of the project. Water element is very stable under high temperature and high pressure, and its position is easy to change under high temperature and high pressure. This year's technical difficulties include the establishment of an IR system, the establishment of an IR system, and the establishment of an IR system. The research results of the past three years have been reviewed, the water element movement in the upper part of the earth has been studied, and the crystallization science has been investigated. "Distribution of water between substances under the topmost conditions" FT-IR results "Determination of trace water position in orthorhombic pyroxene" First-principles calculations "Direct comparison of vibration numbers" and "Determination of water position in anhydrous substances" were developed. A method for the determination of high pressure field IR was developed for low water content and medium water free substances. Finally, under the condition of high pressure, the IR selection method is established, and the method of combination and water element configuration is investigated. The result is that the change of water content is accompanied by the change of surface of stone, and the change of water element configuration is explained. The results of this research are as follows: 1. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 2. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 3. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 3. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 3. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 4. The relationship between water element disposition and water element viewpoint is obtained through field observation, 4. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 5. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 6. The relationship between water element position and physical property is obtained through field observation, 7. The understanding of the principles of crystal chemistry is possible. This is the first time I've ever been in a position to do this.

项目成果

斜方輝石の水素位置 : IRスペクトルからの考察

斜方辉石中的氢位置：红外光谱的考虑

• 发表时间: 2013
• 作者: 櫻井萌;佐久間博;辻野典秀;高橋栄一;河村雄行;櫻井萌・辻野典秀・佐久間博・河村雄行・高橋栄一;櫻井萌
• 通讯作者: 櫻井萌

Determination of Hydrogen Atoms Position in Enstatite by IR Spectra

红外光谱测定顽辉石中氢原子的位置

• DOI: 10.2477/jccj.2014-0023
• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of Computer Chemistry, Japan
• 作者: M. Sakurai;H. Sakuma;N. Tsujino;E. Takahashi;K. Kawamura
• 通讯作者: K. Kawamura

Effect of aluminum on changing hydrous mechanism of enstatite: estimated by FT-IR spectra

铝对改变顽辉石水合机制的影响：通过 FT-IR 光谱估计

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Sakurai;H. Sakuma;N. Tsujino;E. Takahashi;K. Kawamura
• 通讯作者: K. Kawamura

ダイヤモンドアンビルセルを用いた上部マントル無水鉱物高圧その場IR観察

使用金刚石砧室对上地幔无水矿物进行高压原位红外观测

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Sakurai;H. Sakuma;N. Tsujino;E. Takahashi;K. Kawamura;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

Grain-growth Kinetics of Olivine Using in-situ 2D X-ray Diffraction

使用原位 2D X 射线衍射研究橄榄石的晶粒生长动力学

• 发表时间: 2016
• 期刊: Spring-8 Section A: Scientific Research Report,
• 作者: Tsujino;N.;Noritake;F.;Sakurai;M.;Higo;Y.;Funakoshi;K.;Takahashi;E.
• 通讯作者: E.