Direct observation of mantle-water reaction in subduction zone using neutron imaging

利用中子成像直接观测俯冲带地幔-水反应

基本信息

批准号：
21K18641
负责人：
坂巻竜也
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18641/
关键词：
中性子イメージング水水素高圧高温マントル

项目摘要

本研究の目的は、高温高圧下における「ケイ酸塩鉱物」と「水流体」の間の相互作用の直接観察である。従来のX線イメージングではコントラストが小さく、観察が困難であったため、水の検出に特化した「中性子イメージング」に挑戦する。さらに、2次元イメージングだけでなく、コンピュータ断層撮影(CT)も取り入れることで、3次元的な情報を抽出し、沈み込み帯における水が関与している地学現象の可視化を目指す。本研究において、大きな挑戦が2点ある。1つ目は「高温高圧下での中性子イメージング測定」という技術的な挑戦である。本手法を確立することができれば、高温高圧発生プレス内の鉱物と水を区別して観察することが可能となる。今後の中性子イメージング+CTを利用した地球科学の発展にも繋がり、極めて波及効果が高い。2つ目は「マントルウェッジ周辺の水の挙動の可視化」という地球科学的な挑戦である。水が関与している地球内部現象の直接観察という今までよりさらに1歩先に進んだアプローチをとる。従来とは異なる切り口から研究を進めることで、マントルウェッジ周辺での流体の挙動と役割の解明に繋がる有益な実験データを提供することが可能である。今年度は茨城県東海にあるJ-PARCのMLF内におけるPLANETビームラインにおいて高温高圧下における中性子イメージングの取得に成功した。温度や圧力の増減に対応した水素濃度の変化をイメージングから定量的に捉えることができた。複数の濃度既知の物質の中性子イメージングを撮影し、検量線を引くことで、X線イメージングでは不可能な高温高圧下における試料中の水素量の定量を実現させた。

这项研究的目的是直接观察高温高压下“硅酸盐矿物”和“水流体”之间的相互作用。由于传统的X射线成像对比度低且难以观察，因此我们将挑战专门用于检测水的“中子成像”。此外，通过结合二维成像和计算机断层扫描（CT），我们的目标是提取三维信息并可视化涉及俯冲带水的地质现象。这项研究有两个主要挑战。首先是“高温高压下中子成像测量”的技术挑战。如果这种方法能够建立，将有可能在高温高压压榨中区分矿物质和水。这将带动未来利用中子成像+CT的地球科学的发展，并会产生极高的连锁反应。第二个挑战是“可视化地幔楔周围水的行为”的地球科学挑战。我们将采取比以前更进一步的方法，直接观察与水有关的地球内部现象。通过从与以前不同的角度进行研究，有可能提供有用的实验数据，从而阐明地幔楔周围流体的行为和作用。今年，我们在茨城县东海市 J-PARC MLF 的 PLANET 束线成功获得了高温高压下的中子成像。我们能够通过成像定量捕获氢浓度随温度和压力的升高和降低而发生的变化。通过对已知浓度的多种物质进行中子成像并绘制校准曲线，我们能够量化高温高压下样品中的氢含量，而这是 X 射线成像无法实现的。

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）

Elastic wave velocity of ε-FeOOH across the pressure-induced spin transition of iron

ε-FeOOH 在压力诱导的铁自旋跃迁过程中的弹性波速度

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ikeda;O.;Sakamaki;T.;Fukui;H.;Uchiyama;H.;Baron;A.Q.R.;Suzuki;A.
通讯作者：
A.

Phase transitions of ScOOH under high pressure

DOI：
10.1080/08957959.2021.1964495
发表时间：
2021-07
期刊：
High Pressure Research
影响因子：
2
作者：
Yoshiaki Ito;O. Ikeda;Rintaro Ban;T. Kubota;T. Sakamaki;T. Kuribayashi;A. Suzuki
通讯作者：
Yoshiaki Ito;O. Ikeda;Rintaro Ban;T. Kubota;T. Sakamaki;T. Kuribayashi;A. Suzuki

Longitudinal wave velocity of sodium aluminosilicate melt at high pressure

高压铝硅酸钠熔体的纵波速度

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakamaki;T.;Aoki;K.;Ikeda;O.;Katayama;H.;Higo;Y. and Suzuki;A.
通讯作者：
A.

Deuterium content and site occupancy in iron sulphide at high pressure and high temperature: Implications for the oxidation of early Earth’s mantle

高压高温下硫化铁中的氘含量和位点占用：对早期地幔氧化的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Abykoon;S.;Howard;C.;Dominijanni;S.;Eberhard;L.;Frost;D.;Boffa Ballaran;T.;Kumosov;A.;Terasaki;H.;Sakamaki;T.;Suzuki;A.;Ohtani;E.;Sano-Furukawa;A.;and Abe;J.
通讯作者：
J.

Viscosity of silicate melts under high pressures

高压下硅酸盐熔体的粘度