GRC Ｎｅｗｓ Letter2014.10.30

No.40

国立大学法人 愛媛大学

地球深部ダイナミクス研究センター〒790-8577 松山市文京町2-5
TEL：089-927-8197（代表）
FAX：089-927-8167
http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/

目だメダルを拝受しました。博士研究員時代とその後 10 年間にわたり共同研究させていただいた、同教授の名前を冠したメダルを授与されたのは望外の幸せです。8 月の還暦祝いの会で贈られた、ス
ペイン FIFA 公認の赤いユニフォーム（背番号 60！）
とともに、大変いい記念となりました。
地球内部にあると考えられている高圧型鉱物の大部分は、オーストラリア国立大学（ANU）のRingwood の研究室で最初に合成されました。マントルの重要な高圧相であるスピネル構造のかんらん石は、彼の名前に因んでリングウッダイトと名付けられています。また、同じくマントル深部に存在すると考えられている特殊なざくろ石メージ
ャライトは、共同研究者 A. Major の名前に由来しています。
これまで、隕石中にのみ存在が確認されていた
リングウッダイトが、今年になって初めて地球深部由来のダイヤモンドの中から発見されました。
このリングウッダイト中に多量（1-2wt%）の水が含まれていたことから、地球科学分野で大きな話題を呼んでいます。地球の中には、これまで考えられていた以上に水が存在するのかもしれません。
ダイヤモンドといえば、Ringwood 教授はダイヤ
モンド粉末を高圧下で焼き固める新しい手法を開発し、1990 年代には製品化に至りました。しかし
Advanced Diamond Composite (ADC)と名付けられたこの超硬材料は、ダイヤモンド本来の硬さに至ることはできませんでした。同教授の急逝もあり、残念ながら製品としては成功せず、受賞式の後立ち寄った ANU の研究所では、当時建造された ADC
合成専用の大型プレスも埃をかぶった状態でした。
Ringwood 教授が亡くなって 20 年余り経た現在においても、地球科学研究ではいまだに足元にも及ばない遠い存在です。その中で唯一「勝った」と思われるのは、超高圧合成技術を用いて産み出したヒメダイヤ（ナノ多結晶ダイヤモンド＝NPD）です。ヒメダイヤの類まれな硬さや、ダイヤモン
ドの純粋な多結晶体であることを活かし、現在では国内外の 30 近いグループと超高圧科学分野などにおいて共同研究を進めています。
一方でヒメダイヤ合成技術を応用し、新しい機次センター長挨拶
センター構成NEWS＆EVENTS:
土屋教授が日本鉱物科学会賞受賞
Nature Comm.誌に論文掲載
NPS の割れにくさの新しいメカニズム
井上教授が NHK スペシャルに出演
国際フロンティアセミナー
ジオダイナミクスセミナー
新人紹介
インターンシップ報告
海外出張報告ALUMNIレポート No.5
最新の研究紹介センター機器紹介 No26
先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）
地球生命研究所 サテライト（ELSI-ES）

センター長あいさつ
入舩

徹男

私ごとながら
50 歳を迎えた 10
年前には、一念発
起して TOEIC を受験しました。還暦を迎えた今年は何をしようかと考えましたが、たいして思いつくものがありません。仕方がないので、結局また趣味と実益を兼ねて語学の学習に励んでいます。といっても、最近日課になっている早朝散歩の折に、近所のみかん山を巡りながらラジオ講座を聴く程度ですが。
7 月の誕生日の直後には、オーストラリアが生んだ偉大な地球科学者 A.E.Ringwood 教授に因ん1

能性材料の超高圧合成にも取り組んでいます。その成果は、硬くて割れにくいナノ多結晶スティシ
ョバイト（NPS）や、宝石級の透明ナノ多結晶ガー
ネット（NPG）などの新物質の合成として表れつつあります。また GRC だけでは困難な物性測定や特性評価は、工学部や理学部の教員と連携した取り組みを進めています。先端的な地球深部科学の推進ともに、今後は「超高圧材料科学」とも称される新分野の開拓にも力を注ぎたいと考えています。

客員教授 藤野清志
客員教授 角谷 均（住友電気工業（株）
アドバンスマテリアル研究所技師長/フェロー）
客員教授 Yanbin Wang（シカゴ大学GSECARS
主任研究員）
客員教授 Ian Jackson（オーストラリア
国立大学地球科学研究所教授）
客員教授 Baosheng Li（ストニーブルック大学鉱物物性研究施設特任教授）
客員教授 鍵 裕之（東京大学大学院理学系研究科教授）客員教授 八木健彦（東京大学大学院理学系研究科特任研究員）

センターの構成（H26.10.1現在）



超高圧合成部門
入舩徹男（教 授）
大藤弘明（准教授）
大内智博（助 教）
西 真之（助 教）（H26.9.1～）
Steeve Gréaux（WPI研究員）
Wei Du （WPI研究員）
Vincenzo Stagno（WPI研究員）（H26.10.1～）
國本健広（特定研究員）
小島洋平（特定研究員）
飯塚理子（学振特別研究員）



数値計算部門土屋卓久（教 授）
亀山真典（准教授）
土屋 旬（准教授）
出倉春彦（助 教）
市川浩樹（WPI研究員）
Xianlong Wang（学振外国人特別研究員）



物性測定部門井上 徹（教 授）
西原 遊（准教授）
木村正樹（助 教）
境毅（助 教）



量子ビーム応用部門
平井寿子（特命教授）
桑山靖弘（助 教）
木村友亮（特定研究員）❖

教育研究高度化支援室（連携部門）
入舩徹男（室長）
山田 朗（リサーチアドミニストレーター）
新名 亨（ラボマネージャー）
目島由紀子（技術専門職員）
河田重栄（技術補佐員）
林 諒輔（技術補佐員）（H26.4.1～）

❖

客員部門

（H26.4.1～）

客員准教授 舟越賢一（CROSS東海利用促進部主任研究員）2

GRC研究員榊原正幸（理工学研究科教授）
山本明彦（理工学研究科教授）
森 寛志（理工学研究科准教授）
渕崎員弘（理工学研究科教授）
小西健介（理工学研究科准教授）
田中寿郎（理工学研究科教授）
野村信福（理工学研究科教授）
平岡耕一（理工学研究科教授）
山下 浩（理工学研究科准教授）
豊田洋通（理工学研究科教授）
松下正史（理工学研究科講師）
仲井清眞（理工学研究科教授）
阪本辰顕（理工学研究科講師）
佐野 栄（教育学部教授）



GRC客員研究員
遊佐 斉（物質・材料研究機構先端的共通技術部門主幹研究員）
鍵 裕之（東京大学理学系研究科教授）
平賀岳彦（東京大学地震研究所准教授）
道林克禎（静岡大学理学部教授）
市田良夫（CBN＆D ナノ加工研究所所長・宇都宮大学名誉教授）
川本竜彦（京都大学理学研究科助教）
大高 理（大阪大学理学研究科准教授）
重森啓介（大阪大学ﾚｰｻﾞｰｴﾈﾙｷﾞｰ学研究セン
ター准教授）
山田幾也（大阪府立大学21世紀科学研究機
構特別講師）
角谷 均（住友電気工業（株）アドバンスマ
テリアル研究所技師長/フェロー）
吉岡祥一（神戸大学自然科学系先端融合研
究環都市安全研究ｾﾝﾀｰ教授）
肥後祐司（JASRI利用促進部門研究員）
浦川 啓（岡山大学自然科学研究科准教授）
山崎大輔（岡山大学ISEI准教授）

奥地拓生（岡山大学ISEI准教授）
安東淳一（広島大学理学研究科准教授）
中久喜伴益（広島大学理学研究科助教）
片山郁夫（広島大学理学研究科准教授）
中田正夫（九州大学理学研究院教授）
加藤 工（九州大学理学研究院教授）
金嶋 聰（九州大学理学研究院教授）
久保友明（九州大学理学研究院准教授）
西堀麻衣子（九州大学大学院総合理工学研究院准教授）
赤松 直（高知大学教育研究部教授）
Fabrice Brunet（CNRS研究員）
西山宣正（ドイツ電子シンクロトロン研究所
DESY研究員）


愛媛大学からのダブル受賞となりました。
カーネギー研究所の河野義生研究員（前 GRC 特任助教）や GRC 大藤弘明准教授らのグループによる、最新の放射光実験技術を用いた高温高圧下での二酸化炭素に富んだマグマの粘性に関する研究
成 果 が 、 英 ネ イ チ ャ ー 出 版 の Nature
Communications の 2014 年 10 月 14 日号に発表されました。本研究では、米国アルゴンヌ研究所 APSのカーネギー研究所 HPCAT により運営されている
ビームラインにおいて、新しい超高速 X 線イメー
ジングと高温高圧実験技術を組み合わせることにより、二酸化炭素に富んだマグマ（カーボナタイトメルト）の粘性を精度良く測定することに成功しました。この結果、カーボナタイトメルトは玄武岩質マグマなどに比べて 2 桁程度粘性が低く、流動性が高いことが明らかになりました。

事務
研究拠点事務課（3F）
藤村 宗 （課長）田窪 光 （チームリーダー）
外山廣子 （事務補佐員）
宮本菜津子（事務補佐員）
兵頭恵理 （事務補佐員）
八城めぐみ（事務補佐員）
長野絵理 （事務補佐員）



NPS の割れにくさの新しいメカニズム

GRC が 2012 年に発表したナノ多結晶スティショ
バイト（NPS）は、硬い上に割れにくいという従来の常識を覆す性質を持っています。GRC などからなる研究グループは、このような「スーパーセラミッ
クス」の割れにくさが結晶内に生じた非晶質領域の存在によるとする、新しいメカニズムを提案し、ネイチャー出版の電子版ジャーナル「サイエンティ
フィックレポート」誌の 2014 年 10 月 9 日号に発表しました。本研究は、西山宣正ドイツ放射光実
験施設研究員（前 GRC 准教授）を中心に、大藤弘
明 GRC 准教授，入舩徹男同教授、松下正史愛媛大学工学部講師、高橋学同教授、などからなる国際共同研究チームにより行われたものです。

NEWS＆EVENTSNature Comm.誌に論文掲載

土屋卓久教授が日本鉱物科学会賞受賞

土屋卓久教授（右）と齊藤哲理工学研究科助教（左）NPS の破断により生じた非晶質シリカ(Sci. Rep.
doi:10.1038/srep06558 の Fig.3c, 3d)2014 年 9 月 17 日（水）～19 日（金）に熊本市で開催された日本鉱物科学会の年会において、GRCの土屋卓久教授が「第一原理計算による理論高圧
鉱物物性学の開拓」により同学会の最高賞である学会賞を受賞し、授賞式の後に受賞者講演を行いました。日本鉱物科学会は、その前身である日本鉱物学会と日本岩石鉱物鉱床学会が統合されて平成 19 年 9 月に設立された、鉱物学および岩石学分野における我が国を代表する学会です。なお、
本年会において理工学研究科の齊藤哲助教が顕著な業績を挙げた若手に贈られる奨励賞を受賞し、

井上徹教授が NHK スペシャルに出演

2014 年 9 月 21 日（日）夜に放映された NHK ス
ペシャル「巨大災害 MEGA DISASTER 地球大変動の衝撃」に、GRC の井上徹教授が出演しました。番組
では、日本付近の火山噴火の原因をわかりやすく説明するため、センターの大型高圧装置を用いてマントル岩石の融解実験を行い、沈み込むプレー
トにより運ばれる水が岩石の融点を下げ、マグマ発生が水の存在により大きく促進されることを示3

しました。なお、今後同番組は BS 放送向けに編集・放映されるとともに、海外向けの英語バージョンも作製される予定です。


University)
11/28“Planetary interiors inferred fromhigh pressure experiments on H2O and
MgO”
Dr. Tomoaki Kimura (Postdoctoral Fellow,
GRC)
１２月
12/5 “Melting experiments on the MgO-MgSiO3
system
under
the
lower
mantleconditions”
Satoka Ohnishi (Ph.D. student, Ehime
University)

国際フロンティアセミナー

第51回“The interface between Seismology and Mineral
Physics”
講演者：Prof. Brian Kennett (Research Schoolof Earth Sciences, The Australian National
University)
日 時：2014年10月1日（水）16:30-18:30“Synthesis of Ca3Al2Si3O12 grossular underhigh pressure and high temperature”
Koji Kawakami (Msc. student, Ehime
University)

ジオダイナミクスセミナー


今後の予定（詳細はHPをご参照下さい）

12/12 “Water solubility in Al-bearing bridgmanite”
Sho Kakizawa (Msc. student, Ehime
University)

１０月
10/31 (Advanced Science Seminar)“Recent progress for stability andwater solubility of hydrous andnominally anhydrous minerals in the
mantle”
Dr. Toru Inoue (Professor, GRC)

“Reaction between magnesite and reduced
C-H-O fluid under high pressureand high temperature”
Shunta Ikawa (Msc. student, Ehime
University)

11/14“Stability of (Mg,Fe)SiO3 perovskite athigh pressure and high temperature”
Takeshi Arimoto (Ph.D. student, Ehime
University)

１月
1/9“First-principles study on the highpressureelastic
propertiesofFe2+,Fe3+-bearing MgSiO3 bridgmanite,using internally consistent LSDA+U
method”
Atsushi Hase (Msc. student, Ehime
University)(Advanced Science Seminar)“Crystallization of diamonds in mantle- current understanding -”Dr. Hiroaki Ohfuji (Associate Professor,
GRC)
過去の講演

第 388 回“A new hydrous silicate in the upper
mantle”
Nao Cai (Ph.D. student, Ehime
University)
13 June 201411/21“Ab initio free energy calculation ofsolidsbasedontheone-stepthermodynamic integration: Revaluationon the melting points of MgOand SiO2”
Takashi Taniuchi (Msc. student, Ehime
University)

第389回“Elastic wave velocity of polycrystalline
Mj80Py20 mahorite to the mantle
transition zone conditions”
Zhaodong Liu (Ph.D. student, Ehime
University)
20 June 2014
第390回“Next-generation in situ high-pressuretechniques using high-power laser and
XFEL: Toward femtosecond/terapascal
regime”
Dr. Yoshinori
Tange (AssistantProfessor, GRC)
27 June 2014

“Numerical simulation on thermal
convection of highly compressible fluidwithdepth-dependent
thermalconductivity: Implications for the
mantle convection of super-Earths”
Mayumi Yamamoto (Msc. student, Ehime
4

第391回 (Advanced Science Seminar)“Linear and nonlinear analysis on thethermalconvectionofhighlycompressible fluids - Implications forthe mantle convection of super-Earths-”
Dr. Masanori Kameyama (Associate
Professor, GRC)
4 July 2014high P-T”
Taku Fujii (Ph.D. student, Ehime
University)“Diffusion of hydrogen in Forsterite”
Mika Hashimoto (Msc. student, Ehime
University)
24 October 2014

第392回“Synthesis of nitrogen-doped nanopolycrystalline diamond”
Youmo Zhou (Ph.D. student, Ehime
University)
11 July 2014

新人紹介
Vincenzo Stagno(WPI 研究員)

第393回“Chemistry and stability of phase H
in the lower mantle”
Dr. Masayuki Nishi (Postdoctoral
Researcher, ELSI-ES, GRC) 18 July 2014
第394回 (Advanced Science Seminar)“Phase changes of deuterated hydrogenhydrateinducedby
guest
orientational ordering”
Dr. Hisako Hirai (Distinguished
Professor, GRC)
25 July 2014
My name is Vincenzo Stagno, I am Italian(Palermo) and recently I moved from
Washington DC to Matsuyama with my wife andmy two little kids to pursue my research at
the Geodynamics Research Center. I obtained
my PhD at the Bayerisches Geoinstitut (BGI,
Bayreuth) in 2011 where I conducted
experiments at high pressure and temperature
第396回“ Subduction of continental materials
and its effect on the mantle convection” using multi-anvil presses to investigate thespeciation of carbon in the interior of theDr. Hiroki Ichikawa (Postdoctoral
Earth. During my PhD I visited GRC for a shortResearcher, ELSI-ES, GRC)
visit (3 month) to conduct experiments using
3 October 2014
MADONNA press. After my PhD, I moved to the
Geophysical Laboratory (Washington, DC) to
第397回“Crystal growth process of ballas, awork as a postdoc with Dr. Mao and Fei on
natural polycrystalline diamond”
various projects including synthesis of new
Yuhei Takeda (Msc. student, Ehime
materials at high pressure, kinetics ofUniversity)polymorphic transformation and stability of
icosahedrite (the first natural quasicrystal)“New phase changes of methane hydrate
at extreme conditions both using multi anvil
under high pressure and temperature”
and diamond anvil cell techniques. In 2013 I
Hirokazu Kadobayashi (Msc. student,
was promoted to Research Scientist at the
Ehime University)
10 October 2014
Geophysical Laboratory supported by a grant
funded to Drs. Russel Hemley. During this
第398回“Development of the double stage
period I had the possibility to explore
diamond anvil cell”
several interesting scientific topics andDr.
Takeshi
Sakai(Assistantestablish new collaborations such as those
Professor, GRC)
17 October 2014
with Dr. Anat Shahar (GL staff member) andProf. Dimitri Sverjensky (J. Hopkins
第 399 回“ Experimental study on the phase
University) to work on carbon-relatedtransition and stability of CaSO4 at
第395回 (Advanced Science Seminar)“Variations of isotopic compositionsof H, N and O between planets in thesolar system”
Dr. Hisayoshi Yurimoto (Professor,
Hokkaido University) 24 September 2014

5

projects. In particular, I performed multianvil experiments to determine the diffusionof carbon in Fe metal and the kinetics ofcarbide growth. This study enlarges our
vision of carbon storage in the deep Earth so
far limited to presence of graphite, diamondand carbonate (either liquid or solid) andopens new scenarios in terms of C isotopic
fractionation. In addition, I was involved ina study regarding the formation of organiccarbon in subduction-zone fluids.
Since my PhD I have been investigating therole of the oxygen fugacity, pressure andtemperature as key-variables to understandthe form that carbon takes at conditions of
the Earth’s mantle within synthetic mineral
assemblages
representativeofnaturalperidotite and eclogite rocks. In addition,
I have been looking at inclusions in natural
diamonds as a further tool to understand the
mantle redox state and its evolution overtime. I believe that such multidisciplinary
approach is needed to improve our knowledge
on the deep carbon cycle and its contribution
to the volatile outgassing. Therefore, I
joined GRC from the 1st of October (2014) asa research member of ELSI (WPI) program as I
consider this a great opportunity to pursue
my research at pressures > 25 GPa with multianvil presses using sintered diamond anvils.
This along with other advanced analyticaltechniques here at GRC will allow me to findout whether there were the conditions for the
Early Earth’s mantle to experience anoxidation event during which a large amountof volatile species may have been mobilized
from the interior of the planet to the atmosphere.
My family and I are very glad to live in
Matsuyama, a city with so much culture,
traditions, good and genuine food, and manyother similarities with our own town.

the possibility of occurrence of trace elementsin the lower mantle phases and establish the
influence of the degree of partial melting of
the concentration of trace elements. We
decided to begin with a study of sodium andits occurrence in the perovskite of a lower
mantle (bridgmanite). It was suggested that
sodium will not go in pure MgSiO3 perovskite[Akaogi, 2007; Andrault, 2007]. Consequently,
the presence of other cations contributing
isomorphism is necessary. So the presence oftrivalent cation Me3 + (Al3 +, Fe3 +) allows torealize heterovalent isomorphism: Mg2 + + Si4 += Me3 + + Me3 +. The presence of excess (fiveweight percent) MgO provides undersaturationin silica
phases, which allows theisomorphism with the formation of oxygen
vacancies: 2Me3 + + V0 = 2Si4 + + O2-. We predictedthat this effect will lead to the entrainmentof sodium into the perovskite. In connection,
the main aim of study at the GRC was:syntheses of perovskite with sodium at 24 GPa
and at temperature range from 1100–1700℃.
A series of experiments are performed using
8/3 cell assembly using 2000-tons splitsphere multi-anvil press. I am very gratefulto Irifune-sensei, Shinmei-san and Ekaterina
Sirotkina for their help in the study of theexperimental technique.
As a result experiments were synthesized
perovskites
withvariations
inthecomposition. Dependence between the initial
composition of the substance and synthesizedminerals will be studied. Presently we foundperovskites have the sodium content of up to
0.7 weight percent.
Study of the behavior of trace elements inthe lower mantle conditions has important
petrological significance. It can help thestudy of the structure and composition of the
mantle phases and influence of partial
melting on the distribution of elements(Anastasia Tamarova, student of Moscow State
University).

インターンシップ報告
 Distribution of trace elements in thephases of the lower mantle
Collaborative researches in GRC were myfirst work in Japan and it was a great
experience for me. From 27 July to 9 September(2014) I studied new tools and techniquesthat will greatly help me in the future works.
The main theme of the project is to determine6です。帰りにデビアス本社へ立ち寄り、古い建物ながらダイヤモンドの取引をおこなう数多くの高級感漂う部屋などを見学させていただきました。
日本へ帰る頃には南アフリカファンになっており、さすがにヨハネスブルク等の都市中心部に近づくのはまずいでしょうが、郊外や田舎はそのよ
うな犯罪に手を染める人もほとんどおらず、過度に恐れる必要はないように感じました。出張前の不安を吹き飛ばす非常に多くの貴重な体験ができました。行ってみるものですね。
（井上徹）

海外出張報告IMA 2014 とキンバーライト巡検

2014 年 9 月 1 日～5 日にかけて、南アフリカヨハネスブルク市で開催の国際鉱物科学会(IMA)第21 回会合に出席・発表してきました。ヨハネスブ
ルクは、「世界一治安の悪い都市」ということで有名だそうで、正直なところかなり気乗りのしない出張でした。しかし、「Deep Earth Mineralogy」のセッションコンビナーと、さらに第 21 回 IMA 総会に日本代表（4 名）として参加することになっていましたので、仕方なし？の出張でした。しかし、行くからにはと会議後の巡検にも参加することにしました。南アフリカは金やダイヤモンドの有名な産地であり、私が博士論文で議論したバーバー
トンコマチアイト（特異な火山岩）が観察できる
場所で、日本では見ることのできない太古のフィールドが広範囲で観察できます。
IMA 総会の今回の参加者は約 900 名（内日本人
約 40 名）であり、前回のブタペスト（約 1700 名）の約半数でした。やはり、治安や地理的に遠い点が大きな理由であったように思われます。今回のメインテーマは、“Delving Deeper: Minerals as
Mines of Information”であり、さすが南アフリカ開催ということで鉱床学的側面が強調されたものになっていました。発表件数は 745 件で、今までの IMA に比べてかなりコンパクトな会議になっていましたが、それでも 58 のセッションが設けられ、毎日 10 会場でセッションがパラレルに行われました。今回の収穫は、Nature に掲載された
ダイヤモンド包有物中の hydrous ringwoodite の発見者、Pearson 博士と議論できたことでした。
また、日本代表として総会への参加もいろいろ勉
強になりました。
会議後、期待を胸に巡検に参加。巡検名はまさに「Geology of Early Earth - Barberton」、初期
地 球 に 相 当 す る 約 35 億 年 前 に 形 成 さ れ た
Barberton Greenstone Belt に訪れる巡検です。
期間は何と 1 週間。山道などの未舗装の道を走る
ため、4 輪駆動車と運転手付きでした。待望のコマチアイト（写真）を採集したり、枕状溶岩やチャートなどの観察により、この時代に既に海があり、海底火山活動があったことを実感できました。地質は素人ながら、太古の付加体であったこ
とも産状を見て実感。さらに Barberton にある動物保護区で有名なクルーガー国立公園にて、キリ
ン、象、シマウマ、ヒョウ、アンテロープなどに出会え、非常に楽しく有意義なフィールドワーク
体験となりました。
さらにキンバリーまで飛び（ヨハネスブルクから飛行機で約 1 時間）、これまた有名なキンバーラ
イトパイプの採集坑である「ビッグホール」を訪問し、キンバーライトを入手してきました。この
試料に大きなダイヤモンドが入っているか楽しみ

バーバートンコマチアイト❖

オーストラリア再訪

オーストラリアには、博士研究員時代など合計4 年近く滞在したことになります。その後も国際会議があるたびに訪れており、私にとっては第二の故郷ともいえます。2014 年 7 月の還暦の誕生日に日本を発ち、2 週間近く会議が行われたニューキャッスル、オーストラリア国立大（ANU）のある
キャンベラ、そして研究所長の別荘のあるサウス
コーストを訪れました。
ニューキャッスルは、シドニーの北 150km に位置する人口約 50 万人の港町です。Ringwood メダルの授賞式に招待されたオーストラリア地球科学
会議は、オーストラリア地質学会などが主催する
2 年に一度の会議で、この町の中心街で 5 日間に渡り行われました。
受賞講演が行われたタウンホールは、オペラなども上演される瀟洒な建物でした。古くからの友人である ANU の Ian Jackson 教授、Hugh O’
Neill
教授なども参加し、楽しいひと時を過ごしました。
特にバンケットは劇場の舞台上で行われ、男女のプロ歌手が誰もいない客席を舞台に「オペラ座の怪人」を演じるなど、大変凝った演出でした。
会議終了後、車で首都キャンベラに向かいました。ここはオーストラリアの首都ですが、最初に訪れた 30 年前に比べると大きく発展しており、特にキャンベラ空港は牧場のようなのどかな空港でしたが、モダンな大空港に変貌していました。
ANU の地球科学研究所（RSES）では、スクールセミナーで講演を行いました。大学院生が増えたこともあるせいか、以前に比べてカジュアルになっ7

た印象を受けました。研究者中心であった昔のセ
ミナーは、時には怒号が飛び交い、Ringwood 教授
でさえ発表用の原稿を準備していたほど厳しいもので、国際会議で話すより緊張したものです。
RSES は研究者 70 名、博士課程学生 100 名を擁する研究所ですが、技術職員の数も約 50 名と桁違
いの大きさです。日本の大学では考えられない恵
まれた環境にあり、ここに来るとあまりの違いにがっくりきます。新築なった研究所の管理棟は、最上階がすべて所長のテリトリーで、所長室はもとより会議室や秘書室など、これも日本では考えられない広さでした。
週末は所長の Jackson 教授に招かれて、シドニー
から南 200km ほどの海岸にある彼の別荘に 2 日間滞在させていただきました。ここを訪れるのは 4
度目で、私の釣り道具も常備させてもらっています。Jackson 教授がシュノーケリングでロブスターやアワビ・ウニを採っている間に私は釣りをし、また庭を訪れる野生の笑いカワセミ（クカバラ：
写真）や有袋類のポッサムに餌をやるなど、久しぶりにゆったりとした時間を楽しむことができました。
（入舩徹男）ました。GRC 設立時に地球深部活動数値解析部門の機関研究員として採用していただきました。このニュースレター第 1 号に自己紹介した際にも記載していますが、南極下の構造に興味あり、GRC に来るまでは単純な層構造しか求めることができませんでしたが、趙大鵬教授の指導の下、トモグラ
フィーの技術を身につけることができました。それまでは地震学的に調べることしか考えていませんでしたが、GRC でセミナーや卒論・修論発表などを通じて他の部門の研究に触れることで、分野間のコミュニケーションの重要性を知りました。
特に 2 年目に山崎大輔さんが赴任されたあとは、
山崎さんから高圧実験の観点から質問されたり、また（長くは続きませんでしたが）固体物理学の本の勉強会など、多くの刺激を受けました。他の研究機関では、周りに地震学の研究者ばかりで、他分野の人がいても研究対象が違いすぎてあまり研究上の話をしませんでした。そういう意味では、
GRC のように共通の研究対象に関して分野間で日常的にコミュニケーションがとれるところは、あまりないと思います。実を言うと、GRC にいたときは分野間のコミュニケーションの重要性をあまり強くは認識していませんでしたが、強く認識したのは GRC を離れた数年後のことです。
その後、震源断層の研究をすることになり、これも地震波を使った研究です。関東には相模トラ
フというプレート境界があり、そこで巨大地震が起こります。私は関東大震災を引き起こした 1923年関東地震と、その 1 つ前の 1703 年元禄地震を研究し始めました。それがきっかけで、これらの地震の震源断層を掘削する国際計画に参加することになりました。現在、南海トラフで地球深部探査船「ちきゅう」を使って断層掘削が行われていますが、その相模トラフ版です。震源断層を調べることも、地球内部構造を調べるのと同様に、地震波解析以外のアプローチがあります。プレート
境界の物質、その物質の摩擦特性、断層面付近の圧力や温度、地震に伴う地形の変化、地震発生サ
イクルのシミュレーションなど多岐にわたります。
私が掘削計画に関わるようになったころは、まだそれぞれの分野で独自に研究が進んでいて、分
野間のコミュニケーションがほとんどないような状況でした。おそらく地球内部構造においても、
まだまだ分野間のコミュニケーションは不十分と感じられているでしょうが、震源断層に関してはそれよりもはるかに不足していたと思います。
しかし、計画を練る段階で、分野間のコミュニ
ケーションが生まれました。その結果、お互いの分野に何を期待するのか、どういう結果を他の分野に渡せるのか、等がだんだんと分かってくるよ
うになりました。地球内部構造の研究ですでに行われていることが、ようやく震源断層の研究でも行われ始めたのでした。
いろいろと紆余曲折を経て掘削プロポーザルはおかげで良い評価を得つつあり、そのうちの一部

Jackson 教授の別荘に現れたクカバラ

ALUMNI レポート⑤❖

鹿児島大学大学院理工学研究科
准教授 小林励司

私の専門は地震学で、学生時代から主に地震波の一種の表面波を使って地球内部構造を調べてい8

はあともう一歩で掘削の実現につながるところまできました。そうは言っても全体としてはまだ先は長いので、地道に進めていきたいと思います。
❖

sometechnical
details(e.g.
noise
elimination) and next we will put them into
use soon.

Faculty of Earth Sciences, China University of

最新の研究紹介

Geosciences (Wuhan) PD Researcher, Chunyin Zhou❖

六方最密構造鉄の剪断誘起格子選択配向

地球の内核は極方向に伝播する縦波速度が赤道方向に伝播するものよりも約 3%速いという顕著な軸対称の異方性を持つことが知られており、これを説明する様々なモデルが提案されています。
多くのモデルでは内核を構成する鉄の高圧相である六方最密構造の鉄（hcp-Fe）の変形誘起格子選
択配向を異方性形成の素過程とみなしているため
hcp-Fe の変形挙動を理解することが重要ですが、この物質は常温常圧へ回収できないため高圧下での観察が必要で、詳細な研究が不足していました。
過去に DAC または D-DIA 装置を用いた一軸圧縮実
験での格子選択配向の報告はありますが、この場合結果の解釈にすべり系の容易度を仮定したモデ
ル計算が必要で明快な結論が得られていません。
そこで、D-DIA 装置を用いて hcp-Fe の剪断変形実
験を行い、これによって発達する格子選択配向を直接決定することを目指しました。
出発物質にはあらかじめ焼結した細粒の体心立方構造の鉄のディスクを用いました。実験は SPring-8、
BL04B1 に設置されている D-DIA 装置、SPEED-MkII-D
を用いて、圧力約 9–18GPa、温度 723 K、剪断歪速度
2 × 10–4, 0.6 × 10–4 s–1 の条件下で行いました。

It is one year since my Ph.D graduation(September 2013) from Ehime University. In
the past more than three years, I learned a
lot about the high pressure/deep earth
mineralogy and mineral physics in GRC. With
the support of my supervisor Prof. Irifune
and G-COE program, I got the valuable
opportunity to study the state-of-the-art
high pressure techniques in GRC and thesynchrotron facilities in SPring-8. My
Japanese colleagues, Dr. Steeve Greaux and Dr.
Yuji Higo, taught me the ultrasonic experimental
methods and skills during my Ph.D.
I joined the high pressure study group(lead by Prof. Zhenmin Jin) as a postdoctoral
researcher in China University of Geosciences(Wuhan) after my Ph.D. The university is
well-known for its profound achievements andeducation in the earth sciences in China eversince 1952. The high pressure laboratory has
been equipped with a Walker-type multianvil,a Griggs apparatus, and other supporting
facilities since 2010. High pressure
experiments of phase transitions anddeformations have been carried out here.
I am, in cooperation with Prof. Yanbin Wang
and Dr. Tony Yu from GSECARS, in charge ofthe construction of the ultrasonic system forsound velocity measurement in the laboratory.
The experimental experiences in Japan helped
me a lot. We expect to conduct sound velocity
measurements up to the PT conditions of the
mantle transition zone (20 GPa, 1700K) in the
future. Cell assemblies for high pressure
sample synthesis and ultrasonic measurement
are also designed. Now we are dealing with

図1

試料の X 線ラジオグラフ像

1 辺 4.5 または 5.0 mm の立方体圧力媒体を用い、45ºで切断した Al2O3 円柱で試料を挟みセル全体の一軸圧縮により試料を剪断変形させました(図 1)。
試料の周囲に配置したヒーターにより加熱し熱電対で温度を測定しました。変形中の試料の 2 次元
回折パターンを 49–51 keV の単色 X 線とイメージ
ングプレートを用いて取得し、これを神戸大学の瀬戸雄介講師の開発したソフトウェア ReciPro で解析し試料の格子選択配向を求めました。(1) hcpFe 単相の変形実験と(2) 面心立方構造から六方最密構造への相転移中の変形実験の 2 つのタイプ
9

の実験を行ったところ、いずれの実験でも変形の進行とともに徐々に格子選択配向が発達していく様子が観察されました。実験(1)では変形前のほぼランダムな hcp-Fe の組織から、最終的に剪断面法_

線方向に<0001>が、剪断方向に<1120>が配列する
底面すべり支配のパターンが約 35º逆回転した選択配向が得られました(図 2)。この逆回転は実験での歪が比較的小さかったためと解釈でき、本研究の実験条件では底面すべりが支配的であると考えられます。また、実験(2)では変形前のほぼラン
ダムな組織の面心立方構造の鉄が強い配向性を持
つ hcp-Fe に相転移していく様子が見られ、最終的に(1)と同傾向のより強い選択配向が得られました。これは、転移シアーの寄与によると考えられます。得られた結果をもとに考えると、地球内核の異方性は、次数 2 的対流パターンでの変形でhcp-Fe の底面すべりが支配的となることで解釈できるかもしれません。
（西原遊）

図2

hcp-Fe の選択配向を示す極点図❖
Fe L-edge
bridgmanite

XES

of

Fe-bearing

MgSiO3High-resolution K-edge X-ray emission
spectroscopy (XES) was widely used to detect
the pressure-induced spin transition, fromthe high-spin (HS) to low-spin (LS) state, of
Fe-bearing MgSiO3 bridgmanite (Badro et al.,2004).
The
techniquecannotprovideinformation about the valence states andsubstitution sites of Fe. However, since theelectron transition, from 2p to 3d orbital,is allowed quantum mechanically, the Fe Ledge
XES
candirectlypresent
thedistribution and intensity of Fe-3d character.
The first-principles method combined with the
Slater transition potential method isselected to simulate the Fe L-edge XES of Febearing
MgSiO3bridgmanite
using
the
supercells
containing
80
atoms.
The
generalized gradient approximation and moresophisticated LDA+U method are used for theexchange-correlation functional and half-corehole approximation for spectral simulations.
The Fe L-edge XES of Fe-bearing MgSiO3
bridgmanite at pressures ranging from 0 to
180 GPa with 6.25 mol% of Fe incorporation10

was investigated. The spectroscopies of Fe
adopting different valence states (2+ and 3+),spin states (HS and LS), and substitution
sites (Mg and Si site) were investigated. Our
results indicate that Hubbard U correction isnecessary to correctly predict the band gapof Fe-bearing MgSiO3 bridgmanite. Furthermore,
the correction is also very important todescribe the spectral features. The Fe L-edge
XES depends weakly on pressure up to 180 GPa.
For HS Fe2+ at the Mg site, one main peaklocated at ~709.0 eV is observed at 30 GPa,
while one more localized main peak appears at~711.0 eV in the case of LS Fe2+ at the Mgsite under 120 GPa, giving rise to that themain peak of Fe2+ at the Mg site will be pushed
up about 2 eV during the spin transition.
Being different from Fe2+, because of thelarger attractive potential of Fe3+, the XESof HS Fe3+ substituted at the Mg and Si site
under 30 GPa show two and four main peaks,
which distribute in a range of 1.8 eV and 3.5
eV, respectively. With a 4 eV shift of the firstmain peak, those main peaks will converge to
one peak located at ~712.0 eV after the spintransition of Fe3+. The sharpness of LS Fe’smain peaks reflects higher localization of its
3d orbital, and the reason is that the
crystal-field splitting of Fe’s 3d orbital isincluded in the occupied states of HS Fe but
not in LS Fe.
In summary, the shift and sharpness of main
peaks can be used to identify the spintransition of both Fe2+ and Fe3+. Furthermore,valence states of Fe can be distinguished by
the profile of main peaks in the HS state andalso by the shift of the first main peak during
HS-LS transition. The substitution sites ofFig 1. Calculated Fe L-edge XES of Fe3+ at theMg site at 30, 60, and 120 GPa are shown in a,b, and c. Counterparts of Fe 3+ at the Si site
are shown in d, e, and f.

Fe3+ can be identified based on the featuresof both main peaks and whole spectra, since
the hybridization between Si and O is muchstronger than that between Mg and O.
(Xianlong Wang)

センター機器紹介 No.26❖

六方クロスセクションポリッシャ（CP）

図 2．高圧実験回収試料（MgCr2O4）の断面加工の例

図 1．CP の外観と切削の模式図（JEOL HP より）

本装置（日本電子製）は、Ar イオンビームによるエッチング効果によって試料の断面加工を行う
装置で、主に走査電子顕微鏡（SEM）による断面観察等に有効な装置です（図 1）。クロスセクション
ポリッシャ（以下、CP）は、主に、Ar イオン銃と試料チャンバーと真空ポンプで構成されます。Ar
イオン銃でガスを電離して Ar+イオンを発生させ、電圧印加によって一定のエネルギーに加速された
Ar+イオンを放出させます。こうして発生したブロー
ドな Ar イオンビームを遮蔽板を隔てて試料へ照射し（図 2）、スパッタリング現象によって試料を切削します。断面加工用の装置とはいえ、イオンス
パッタリングによって削ることができる範囲、量は限られていますので、通常は、本装置での加工

前にバルク試料の切断、研磨などの予備加工を行います。この過程で作成した予備的な試料断面が遮蔽板から少しだけはみ出るように試料台上へ配置して、それを試料チャンバー内にセットしてイオンビーム加工を行います。
CP を断面加工に使用する最大のメリットは、機械研磨で生じる物理的な衝撃を試料に一切与える
ことなく断面が作成できる点です。例えば、多結晶で構成される鉱物試料の場合、各粒子が脱落（脱粒）や移動、変形することなく、本来の形態・組織を保持したまま割断されるため、より正確な、より多くの情報を得られる可能性があります。また、研磨剤や外部からの異物の混入がないのも嬉しい点です。さらに、本装置は液体窒素による冷却機構も備えており、イオンビーム加工における懸念材料の一つである加工中の試料温度の上昇を防ぐことができるため、加熱により分解したり、非晶質化したりする不安定な物質の加工にも使用できます。加工面は、極めて平滑で歪みがないため、組織観察や化学定量分析はもとより、試料表
面状態の影響を受けやすい後方散乱電子線回折（EBSD）分析へも向いています。
以上のように，試料断面加工に本装置を用いると，従来の機械研磨断面からは得られなかったよ
うな有用な情報を引き出せる可能性があり，試料の幅と質がさらに拡張され，先端研究の進展に大きく貢献すると期待されます．
（大藤 弘明）

matter at high pressure, but their full
exploitation at very high pressure has been
hindered by Bragg diffraction from the anvils
themselves. For many years, scientists havestruggled with this problem, but have neverreally been able to solve it. The recent
availability of nano-polycrystalline diamond(NPD) anvils represents a revolution for highpressure XAS applications, because the small
size of the diamond crystallites and theirrandom orientation allows distributing the❖ PRIUS 利用者の声
Nano Polycrystalline Diamond: a revolutionary
tool for high pressure structural investigations by XAFS
X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy
allows probing the local electronic structure
and atomic arrangement of absorber atoms inmaterials at high pressure or ambientconditions. For over 30 years, diamond anvil
cells have been coupled to XAFS studies of11diffracted intensity in space, so that it
averages out into a background without
affecting the EXAFS signal. Thanks to thehigh degree of optical transparency of the
NPD anvils, samples in the cell can be heatedusing powerful lasers, can be investigatedusing complementary spectroscopic techniques
and their pressure can be estimated bycollecting the luminescence signal from rubyspheres.
However, the most important
breakthrough has been in providing “glitchfree” EXAFS spectra up to very high X-ray
energies, where high pressure XAS studies are
particularly penalized because of the higher
probabilityof
X-raysofsmaller
wavelength matching the Bragg condition.
The figure below compares the Xenon K-edge
absorption spectrum (E = 35 KeV) obtained
through a DAC equipped with single crystal
diamonds (in red) and NPDs (in blue)
respectively. The weak EXAFS oscillations arevisible on the blue spectrum, whereas they arecompletely submerged by the strong Bragg peaks

❖

-0.50

-0.55

XAS for Xe-containing samples
With nanodiamond anvils
With single crystal diamond anvils

-0.60

34.5

E(keV)

35.0

35.5

in the red spectrum.
The striking difference in the quality ofthe data justifies the use of the term
“revolution” to describe the change in thelevel of information that can now be obtainedby applying XAS spectroscopy at high pressure.
At the EXAFS beamlines ID24 and BM23 of theEuropean Synchrotron Radiation Facility(ESRF) many users can now access NPD anvils
thanks to the PRIUS project, opening a new
window to high pressure XAS studies.
(Sakura Pascarelli, ESRF)

入舩サテライト拠点長に Ringwood Medal 授与

学会賞を受賞し、熊本大学で 9 月に行われた同学会年会において授賞式が行われました。
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メンバーの異動ELSI-ES のメンバーである丹下慶範助教が、8 月
1 日付で高輝度光科学研究センターに異動しました。丹下助教は GRC 客員准教授として、引き続きELSI-ES の一員として研究活動を継続する予定です。また、ELSI-ES 研究員であった西真之博士が、
9 月 1 日付で GRC 助教として採用されました。西助教も引き続き ELSI-ES において研究活動を進めています。更に 10 月 1 日付で、米国カーネギー研
究所から ELSI-ES 研究員として、Vincenzo Stagno
博士が着任しました。Stagno 博士は以前にも GRCに長期滞在し、焼結ダイヤモンドを用いたマルチ
アンビル装置による地球深部物質の研究を行っており、ELSI-ES においても同様の手法を用いた下部マントル領域の相変化や、融解・元素分配に基づく地球の進化やダイナミクスに関する研究を推進する予定です。

Ringwood Medal はオーストラリアを代表する地球科学者 A. E. Ringwood の業績を記念して、オーストラリア地質学会（GSA）により 2012 年に創設された賞です。地球の基礎的なプロセスに関する研究においてすぐれた貢献をした、国際的に著名な研究者 1 名に対し 2 年ごとに贈呈されます。第
2 回目となる今年の受賞者に、ELSI 愛媛大学サテライト長である入舩徹男教授が選ばれました。入
舩教授は、2014 年 7 月ニューキャッスルで行われたオーストラリア地球科学会議において、授賞式に出席し受賞講演を行いました。また、本ニュース
レターでも既報のように、ELSI-ES サテライト教
授の土屋卓久 GRC 教授が平成 26 年度日本鉱物科

編集後記：いつの間にか秋も深まりました。表紙の写真はみかん山散歩の収穫です。
（T. I. & Y.
M.）12