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| 山崎 大輔 | |||||
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高圧鉱物のレオロジーについて、高圧実験を手段として研究しております。レオロジーに興味ある学生さん・共同研究者をお待ちしております。 |
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研究について 地球の内部はどのようになっているのだろうか？ 地球って、運動しているとしたら、どうやって運動しているのだろうか？ ということを知りたいと思いながら研究をしてきております。とくに、地球のマントルがどのように・どんな規模で・どれくらいの早さで対流しているかを理解するために、「レオロジー」の観点から実験的な物質科学的アプローチをしておりますわ。 以下にこれまで行ってきたことをいくつか簡単に紹介いたします。 地球内部での地震波速度の異方性の欠如あるいは鉱物物理的予測から、下部マントルの主要部分（高温かつ対流などが活発な領域を除く）の変形機構は、拡散クリープが支配的であると考えられています。この場合は、下部マントルの主要構成鉱物であるMgSiO3ペロブスカイトではSiが変形を支配する律速元素であると考えられます。すなわち、Siの拡散速度を決定することによって、下部マントルの粘性率に重要な情報を与えることができます。そこで、29Siを拡散種に用いた拡散実験を下部マントル条件下でマルチアンビル装置を用いて行いました。実験後の回収試料から拡散速度を決定するために必要な濃度プロファイルをSIMSで測定しました。その結果、Siの自己拡散係数は、格子拡散の場合に4X10-10exp(-341/RT) m2/s、粒界拡散の場合に2X10-7exp(-310/RT) m2/sと決定されました。この拡散係数から導かれる粘性率は、地球物理的観測結果（例えば、postglacial rebound）と調和的であるであることが分かりました。さらに、これらペロブスカイトの拡散データを下部マントル深部条件へ外挿することによって、下部マントルの粘性率‐温度の関係を推定しました。その結果、MgSiO3 perovskiteがマントルのレオロジーを代表する場合と、もう一つの主要構成鉱物であるMgOが代表する場合では、粘性率にして3桁程度の違いが生じることが分かりました。 拡散クリープは構成物質の粒径が細粒なときに支配的になり、この場合は、歪み速度（変形速度）は粒径と変形律速元素の拡散速度に支配されます。従って、結晶粒径あるいは粒成長速度を知ることは粘性率を理解するために必要となってきます。例えば、下部マントルに沈み込みつつあるスラブの深さ660 km付近での形状は、結晶粒径に(も)起因する粘性構造に強く依存していると考えられます。そこで、マントル遷移帯の主要構成鉱物であるリングウッダイトの粒成長実験を行いました。この結果、リングウッダイトの粒成長はオリビンなどに比べて非常に遅く、スラブ深部まで細粒である可能性が指摘されました。つまり、スラブが低粘性であるかもしれないという結論が得られました。 マントル内の特定の場所では、地震波速度の異方性が観測されています。異方性は構成鉱物の選択配向が原因のひとつである。つまり、高圧下での高圧鉱物の選択配向を研究することは、地震波速度の異方性を解釈するために重要です。また、下部マントルのような多相体の場合、物質のレオロジーはその微細構造に直結しています。そこで、2相混合体の流動形態を観察するため、Griggs型変形装置を用い、下部マントルアナログ物質としてMnTiO3+MnO変形実験を行いました。実験結果から、試料の変形量増加にともない、MnOがMnTiO3を取り囲むような組織を持つようになるということと、MnO単相はMnTiO3単相に比べて数桁柔らかくMnTiO3+MnO混合相はMnOと同程度の柔らかさをもつ可能性があることが見いだされました。つまり、下部マントルで大変形した部分では柔らかい相であるMgOがレオロジーにおいて重要な役割を担うことが予想されるのです。そこで、弾性的考察から、下部マントル最下部での地震波速度の異方性はMgOの選択配向によって形成されていると予想しました。このことを確認するために、ガス圧変形試験器を用いてMgOの変形実験を行い、回収試料の選択配向をEBSP-SEMにより測定しました。その結果から、地震波速度の異方性が説明でき、MgOの下部マントルにおけるレオロジー的重要性を再認識しました。 最近になって、マントル最下部では、MgSiO3がペロブスカイト構造から異なる相(ポストペロブスカイト相)に変化することが明らかになってきました。このマントル最下部は圧力にして、100GPa以上の高圧力です。そこで、このような高圧力下で微細構造などの研究ができるように大容量試料を用いた高圧力発生にもチャレンジしております。現在まで、私たちのところでは、60 GPaを越える圧力発生がなされるようになりました。今後は、圧力領域をさらに拡大するとともにマントル最下部のレオロジー研究にも取り組む予定でおりますです。 |
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略歴 学歴 1993.3 北海道大学理学部地質学鉱物学科卒業 1993.4 東北大学大学院理学研究科地学専攻修士課程入学 1995.3 東北大学大学院理学研究科地学専攻修士課程修了 1995.4 東京大学大学院理学系研究科地質学専攻博士課程入学 1998.3 東京大学大学院理学系研究科地質学専攻博士課程修了、博士（理学）取得 (博士論文題名:Rheological properties of MgSiO3 perovskite and its implications for the lower mantle) 職歴 1997.4～1998.3 東京大学大学院理学系研究科にて日本学術振興会特別研究員 1998.4～1999.3 東京大学新領域創成科学科にて日本学術振興会特別研究員 1999.4～2001.3 米国ミネソタ大学地質学地球物理学科にて日本学術振興会海外特別研究員 2001.4～2002.3 東京大学物性研究所にて日本学術振興会特別研究員 2002.4～2005.3 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センターにて助手 2005.4～ 現在 岡山大学地球物質科学研究センターにて助教授 （1998.6～1999.1と2001.4～2001.5米国ミネソタ大学にて研究活動） 賞罰 1999年12月、米国地球物理学連合（AGU）からOutstanding Student Awardを受賞 所属学会 日本地震学会、日本高圧力学会、米国地球物理学連合、米国鉱物学会 |
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業績 査読つき原著論文 S. Zhai, D. Yamazaki, W. Xue, L. Ye, C. Xu, S. Shan, E. Ito, A.Yoneda, T. Yoshino, X. Guo, A. Shimojuku, N.Tsujino, K.Funakoshi, P-V-T relations of γ-Ca3(PO4)2 tuite determined by in situ X-ray diffraction in a large-volume high-pressure apparatus, American Mineralogist, 2013, 98, 1811-1816 S. Zhai, S. Shan, D.Yamazaki, K. Funakoshi, . Compressibility of pyrochlore-type MgZrSi2O7 determined by in situ X-ray diffraction in a large-volume high pressure apparatus, High Pressure Research, 2013, 33, 1–7 H. Fei , M. Wiedenbeck , D. Yamazaki , T. Katsura , 2013. Small effect of water on upper-mantle rheology based on siliconself-diffusion coefficients , Nature 498, 213–215 D. Yamazaki, E. Ito, T. Yoshino, A. Yoneda, X. Guo, B. Zhang, W. Sun, A. Shimojuku, N. Tsujino, T. Kunimoto, Y. Higo, K. Funakoshi, P-V-T equation of state for ε-iron up to 80 GPa and 1900 K using the Kawai-type high pressure apparatus equipped with sintered diamond anvils. 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Yoshino, T., Ito, E., Katsura, T., Yamazaki, D., Shan, S., Guo, X., Nishi, M., Higo, Y., Funakoshi, K., Effect of iron content on electrical conductivity of ferro-periclase with implications for the spin transition pressure., J. Geophys. Res., 116, B04202,2011 Yamazaki, D., Ito, E., Katsura, T., Yoshino, T., Zhai, S., Fukui, H., Shatskiy, A., Guo, X., Shan, S., Okuchi, T., Tange, Y., Higo, Y., Funakoshi, K., Phase boundary between perovskite and post-perovskite structures in MnGeO3 determined by in situ X-ray diffraction measurements using sintered diamond anvils, Am. Mineral., 96, 89-92,2011. Zhai, S., Xue, W., Yamazaki, D., Shan, S., Ito, E., Tomioka, N., Shimojuku, A., Funakoshi, K., Compressibility of strontium orthophosphate Sr3(PO4)2at high pressure, Phys. Chem. Minerals, 2010. Yoshino, T., Katsura, T., Yamazaki, D., Ito, E., Electrical conductivity of mantle peridotite at the uppermost lower mantle condition, J. Phys.: Conference Series, 215, 012102, 2010. 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