著者

大谷 栄治

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.131, no.2, pp.179-192, 2022-04-25 (Released:2022-05-13)

参考文献数

63

被引用文献数

2

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Various phase transitions occur in the Earth's interior. They cause discontinuities in seismic velocity and density profiles. The 410 km and 660 km discontinuities are explained by the olivine–wadsleyite transformation and the decomposition of ringwoodite into ferropericlase and bridgmanite, respectively. The major transitions in the lower mantle are the spin transition in mantle minerals containing ferric and ferrous irons, the post-perovskite transition of bridgmanite, i.e., the transformation of bridgmanite into a post-perovskite phase with a CaIrO3 structure. The former transition may occur at the shallow lower mantle, whereas the latter transition occurs at the bottom of the lower mantle, which may correspond to the D″ layer at the core–mantle boundary. There are several important seismic velocity anomalies. These include low-velocity anomalies associated with hot rising mantle plumes and oceanic ridge areas, and high-velocity anomalies associated with cold slab subduction. Ocean water is returned into the mantle by hydrous minerals stored in the slabs. Some hydrous minerals such as the solid solution of hydrous phase δ and phase H, AlOOH-MgSiO4H2 are stable along the normal geotherm to the core–mantle boundary, and bring water into the base of the lower mantle. Another interesting region is located at the base of the lower mantle. These anomalies are called the Large Low Shear Velocity Provinces (LLSVP) and the Ultra-Low Velocity Zones (ULVZ). An LLSVP is considered to be a region with iron enrichment. This region may be caused by accumulations of the high-pressure hydrous phases. A ULVZ with very low compressional and shear velocities and high densities is observed at the core–mantle boundary. This region may contain dense iron rich melts. The Earth's core is composed of a molten outer core and a solid inner core. It consists mainly of iron–nickel alloy with small amounts of light elements, such as Si, O, S, C and H. The inner core is considered to be composed of an hcp phase. However, some enigmatic properties of the inner core, such as low shear velocity and anisotropy, may not be explained only by this phase. Some experimental and theoretical studies suggest the existence of a bcc phase at a high temperature region approaching the melting temperature. Therefore, the inner core may be composed of a bcc phase or a mixture of hcp and bcc (or B2 phase which is an ordered form of the bcc structure). Further studies are necessary to achieve a better understanding of the Earth's core.

著者

大谷 栄治

出版者

The Japan Society of High Pressure Science and Technology

雑誌

高圧力の科学と技術 (ISSN:0917639X)

巻号頁・発行日

vol.3, no.1, pp.12-18, 1994-02-20 (Released:2009-08-07)

参考文献数

12

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Interior of the Earth and planets is one of the most important targets for the high pressure research. In this paper, gross pictures on the layered structure, chemical compositions, and the pressure and temperature conditions of the Earth interior are presented. Some topics on the high pressure research relevant to the Earth interior are also reviewed.

著者

川添 貴章 大谷 栄治

出版者

日本鉱物科学会

雑誌

日本岩石鉱物鉱床学会 学術講演会 講演要旨集

巻号頁・発行日

vol.2004, pp.62, 2004

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1.はじめに現在、初期地球における集積とそれにともなう地球中心核の形成過程を総合的に理解するモデルとして、深いマグマオーシャンのモデルが広く受け入れられている。まず微惑星の集積によって初期地球が成長すると同時に、その衝突エネルギーによって地球表層が熔融しマグマオーシャンを形成した。その中において熔融した金属鉄がマグマから分離し、原始マントルを沈降して核を形成した。その沈降する過程において熔融した金属鉄はマグマもしくは原始マントル鉱物と元素の分配反応をしたと考えられ、その反応の痕跡はマントル組成に見られる。Fe、Ni、Coはマントル存在度をMgで規格化してCIコンドライト組成と比較すると約10分の1に枯渇している。この枯渇の要因を高温高圧下における熔融金属鉄とマグマもしくは原始マントル鉱物との分配から説明し、マグマオーシャン底部の条件を見積もる研究が行われてきた。マグマオーシャンの深さ・その底部の温度を見積もることは集積・核形成についてだけでなく、固化過程を含めた冥王代の地球の姿を解き明かすためにも非常に重要なものである。本研究では28 GPa、2400 Kにおいて熔融金属鉄と原始マントルを構成したと考えられるMg-ペロヴスカイト、マグネシオヴスタイト間のFe、Ni、Coの分配係数とそれに与える酸素分圧の効果について研究を行った。2.実験方法高圧発生装置には東北大学設置の川井型3000 tonプレスを用いた。二段目アンビルには先端サイズ2.0 mmのタングステンカーバイド製のものを用いた。試料は目標圧力である28 GPaまで加圧した後、圧力媒体内部に組み込んだReヒーターを用いて加熱し、2400 Kで30分から2時間保持し急冷した。脱圧・回収した後、波長分散型EPMAによって組成分析を行った。3.結果と議論分配係数にはFe、Ni、Coの熔融金属鉄とMg-ペロヴスカイト、マグネシオヴスタイト中の重量分率の比を用いた。熔融金属鉄とMg-ペロヴスカイト間の分配係数はNiについて81-161、Coについて41-83、Feについて10.8-35.6であり、熔融金属鉄とマグネシオヴスタイト間の分配係数はNiについて11.3-23.2、Coについて8.1-16.2、Feについて3.1-6.4であった。酸素分圧の増加にともないそれぞれの分配係数は減少した。求められた分配係数から見積もられるマントル存在度と実際のマントル存在度を比較・検討すると、マグマオーシャンの深さは約1500 km(50 GPa)であったことが考えられる.

著者

大谷 栄治

出版者

一般社団法人 日本鉱物科学会

雑誌

鉱物学雜誌 (ISSN:04541146)

巻号頁・発行日

vol.20, no.4, pp.209-216, 1991-10-31 (Released:2009-08-11)

参考文献数

29

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The phase transitions in the peridotite composition can account for the observed density and seismic wave velocity profiles of the upper mantle and the transiton zone. On the other hand, the lower mantle is not well constrained by the present experimental data, because of large uncertainties in the physical properties of the lower mantle minerals, and the temperature distribution in the lower mantle. Both a homogeneous mantle with a peridotite composition, and a stratified mantle with a peridotite upper mantle and a silica rich lower mantle can be consistent with the observed seismic data. The source upper mantle of the Al-depleted komatiite observed in the late Archean (2.5 Ga old) shows chondritic abundances of some key refractory lithophile elements compatible with the ultrahigh pressure minerals such as majorite and Mg-perovskite. The Al-depleted and Al-enriched komatiites generally observed in the early Archean (3.5-3.8 Ga old) show evidence of the majorite fractionation, melting at the depths of the transition zone. Recent Hf isotopic data of Al-depleted komatiites imply that the source mantle of the komatiites shows no evience of chemical layering in the early Archean; the source mantle of such komatiites was chondritic in terms of some refractory lithophile elements, such as Al, Ti, Sc, Hf, HREE. Solid state convection might have homogenized the stratification formed by global melting during the accretional stage of the Earth.

著者

大谷 栄治 倉本 圭 今村 剛 寺田 直樹 渡部 重十 荒川 政彦 伊藤 孝士 圦本 尚義 渡部 潤一 木村 淳 高橋 幸弘 中島 健介 中本 泰史 三好 由純 小林 憲正 山岸 明彦 並木 則行 小林 直樹 出村 裕英 大槻 圭史

出版者

日本惑星科学会

雑誌

遊・星・人 : 日本惑星科学会誌 (ISSN:0918273X)

巻号頁・発行日

vol.20, no.4, pp.349-365, 2011-12-25

被引用文献数

1

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「月惑星探査の来たる10年」検討では第一段階で5つのパネルの各分野に於ける第一級の科学について議論した.そのとりまとめを報告する.地球型惑星固体探査パネルでは,月惑星内部構造の解明,年代学・物質科学の展開による月惑星進化の解明,固体部分と結合した表層環境の変動性の解明,が挙げられた.地球型惑星大気・磁気圏探査パネルは複数学会に跨がる学際性を考慮して,提案内容に学会間で齟齬が生じないように現在も摺り合わせを進めている.本稿では主たる対象天体を火星にしぼって第一級の科学を論じる.小天体パネルでは始原的・より未分化な天体への段階的な探査と,発見段階から理解段階へ進むための同一小天体の再探査が提案された.木星型惑星・氷衛星・系外惑星パネルは広範な科学テーマの中から,木星の大気と磁気圏探査,氷衛星でのハビタブル環境の探査,系外惑星でも生命存在可能環境と生命兆候の発見について具体的な議論を行った.アストロバイオロジーパネルでは現実的な近未来の目標として火星生命探査を,長期的な目標として氷衛星・小天体生命探査を目指した観測装置開発が検討された.これらのまとめを元に「月惑星探査の来たる10年」検討は2011年7月より第二段階に移行し,ミッション提案・観測機器提案の応募を受け付けた.

著者

柴崎 裕樹 大谷 栄治 寺崎 英紀 フェイ イングウェイ 肥後 祐司

出版者

日本惑星科学会

雑誌

日本惑星科学会秋期講演会予稿集

巻号頁・発行日

vol.2014, pp."O9-08", 2014-09-10