地球惑星内部における水素の挙動

地球内部氢的行为

基本信息

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

项目摘要

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。

在作为特约研究员的两年研究期间，他利用高温高压实验的方法开发了与含水板块俯冲相关的全地幔尺度氢传输模型。含水板块由多个岩层组成：水合橄榄岩、洋壳和沉积物。然而，目前尚不清楚板块俯冲到下地幔时会形成什么样的含水相，以及它负责氢传输的深度。为了澄清这一点，我们在同步辐射装置SPring-8的BL10XU上使用激光加热金刚石砧室和高温高压原位X射线衍射装置进行了实验。实验表明，在组成含水板块的岩石中，在贫铝橄榄岩中，形成了“δ-AlOOH-MgSiO4H2相H-ε-FeOOH固溶体”，这种固溶体贫AlOOH，抗压稳定性较低和温度。另一方面，研究表明，上述富含AlOOH且对压力和温度具有高稳定性的固溶体是在富含Al的洋壳中形成的。这是一个重要的结果，表明洋壳中形成的高度稳定的含水固溶体可能在将氢从下地幔输送到地核方面发挥着作用。此外，作为上述研究的开发项目，我们正在与加州理工学院和拜罗伊特大学合作，进行高压核共振非弹性X射线散射（以下简称NRIXS）测量。。 NRIXS测量在美国同步加速器辐射设施先进光子源的3-ID-B上进行，并成功测量了从常压到80 GPa的多个压力点。结果表明，δ-(Al,Fe)OOH的纵波波速与横波波速之比(Vp/Vs)大于平均地震波波速。因此，我们证明了这种矿物在下地幔中产生正 Vp/Vs 异常的可能性。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

バイロイト大学(ドイツ)

拜罗伊特大学（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
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

カリフォルニア工科大学(米国)

加州理工学院（美国）