⽂部科学省と国⽴⼤学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第73回 愛媛⼤学 地球深部ダイナミクス研究センター（2024.2.2)
12:05－12:10(5分） ︓研究所・センターの概要
センター⻑ ⼊舩 徹男
12:10－12:25(15分）︓若⼿研究者からのプレゼン
・先端計算技術による地球深部の熱輸送特性 講師 出倉 春彦
・超⾼温⾼圧実験による惑星形成過程の再現 助教 桑原 秀治
12:25－12:45(20分）︓質疑応答

愛媛⼤学地球深部ダイナミクス研究センター
Geodynamics Research Center (GRC)&
先進超⾼圧科学研究拠点

Premier Research Institute for Ultrahigh-pressure Sciences(PRIUS)
・2001年︓⽂部科学省令に基づく、学内共同教育研究施設として設置
・2008-2012年︓グローバルCOE拠点 「先進的実験と理論による地球深部物質科学拠点」
・2013年-現在︓共同利⽤・共同研究拠点 「先進超⾼圧科学研究拠点（PRIUS）」

地球深部ダイナミクス研究センター（GRC）
主要な研究テーマ

地殻30 km・地球深部の⽔の役割
・沈み込むプレートの挙動

マントル2890 km

核364万気圧6000℃

・マントル深部の密度と弾性
・マントルの進化と運動

・中⼼核物質の結晶構造
・核の軽元素6370 km

予測と解釈
第⼀原理計算流体⼒学計算超⾼圧実験
量⼦ビーム実験

新しいデータ実験系＋数値系による成果例︓Kuwayama et al., Phys. Rev. Lett. (2020)
Nishi et al., Nature (2017)
Nishi et al., Nature Geosci. (2014)

・新物質合成・惑星科学

GRCの構成*・実験系地球科学部⾨・数値系地球科学部⾨・超⾼圧科学部⾨・先端研究⾼度⽀援室（連携）* 専任教員12名（⼥性2名、外国⼈1名）＋専任URA1名・ラボマネージャー1名

GRC/PRIUSの国際誌発表論⽂と共同研究の内訳
国際誌論⽂数国際共著率

学術創成研究グローバルCOE

共・共拠点（PRIUS）

特別推進研究基盤研究S 新学術領域研究【ハイインパクト論⽂（第3期以降, 2016-）】Nature (4), Nature Com. (10), Nature Geo. (3),Nature Chem. (1), Sci. Adv. (3), PNAS (2)など*仏 (9)、独 (5)、⽶ (4)、英 (4)、⻄ (3)、露 (3)、中 (2)、伊 (2)、葡 (1)、瑞 (1)、伯 (1)、⽩ (1)【企業との共同研究】
住友電⼯, ノリタケ, 積⽔化学, 京セラ, トライテック, フジロイ,シンテック, 三⽯ハイセラム, ⽇進製作所, ⽶国宝⽯学研究所など

地球科学以外の分野との共同研究・国際共同研究がそれぞれ約50%

第4期における研究の⽅向性(1) 「動的地球科学」
・ 深発地震発⽣メカニズム・ 軽元素の地球内部⼤循環
・ 地球の進化とダイナミクス

・SPring-8-IIに向けた⾼圧地球
科学BLの⾼度化を先導

Dekura & Tsuchiya, J. Phys. Cond.
Matt. (2023) 数値系・物理学(2) 「惑星深部科学」・ テラパスカル発⽣技術
・ スーパーアースの内部構造
・ ⽔素・氷の構造変化

・全国規模の「惑星深部研究会」
を定例開催

Kuwahara et al., Nature Geosci.
(2023) 実験系・惑星科学(3) 「超⾼圧材料科学」
・ 超硬物質・ 透明ナノセラミックス
・ 超伝導材料

・ヒメダイヤ︓世界初の超⾼圧合成物質の製品化に成功

国内外との連携と新たな融合分野の創出
ESRF・APS（物理・化学）
BGI・ANU・SBU(地球科学）
ASU（材料科学）

実施機関

J-PARC（中性⼦）
⾼純度単結晶合成
合成物質の微細組織評価
東北⼤（鉱物科学）

NANO TERASU
（放射光）

NIMS
（材料科学）

茨城⼤（物性物理）

分光測定・中性⼦実験東京⼤（地球化学）

連携機関

PF・PF-AR
（放射光）

基盤拠点
連携拠点

学習院⼤
（化学）

東⼯⼤
（地球⽣命科学）静岡⼤（マグマ科学）

岩⼿⼤（材料科学）

統括・多結晶合成・放射光実験

名古屋⼤・岐⾩⼤（材料科学）

愛媛⼤ GRC

北⼤（鉱物科学）[先進超⾼圧科学研究拠点]

熊本⼤（鉱物科学）[共共拠点]

京⼤（鉱物科学）

愛媛⼤ 先端研究⾼度⽀援室

⼤阪公⽴⼤（化学）広島⼤（プレート収束域科学）

岡⼭⼤[地球・惑星物質科学拠点]
放射光実験・物性測定

企業拠点

滋賀県⽴⼤（ガラス科学）

九州⼤（鉱物物理）
⾼知⼤・JAMSTEC[地球掘削科学拠点]

海外拠点

兵庫県⽴⼤（物性物理）

SPring-8（放射光）神⼾⼤（鉱物科学）

⼤阪⼤（物性物理）

住友電⼯（材料科学）

超伝導物質・極超⾼圧発⽣

新ビームライン整備

⽇本学術会議 学術の中期計画ビジョン「⾰新的⾼圧技術に基づく地球深部科学と材料科学の新たな融合分野の創成」

文部科学省と国立大学附置研究所・センター個別定例ミーティング

研究対象
大気

超高温高圧実験による惑星形成過程の再現

溶融したマントル（マグマオーシャン）
金属核

愛媛大学

地球深部ダイナミクス研究センター
助教 桑原 秀治

略歴学歴
2006年3月 愛知県立岡崎北高等学校 卒業
2011年3月 横浜国立大学工学部第二部物質工学科 卒業
大気中の雷放電による化学反応に関する実験的研究
2013年3月 東京大学大学院新領域創成科学研究科博士前期課程 修了
未分化天体衝突による大気形成に関する理論的研究
2016年6月 東京大学大学院新領域創成科学研究科博士後期課程 修了
岩石天体内部の核－マントル間の塩素分配に関する実験的研究
職歴
2015年4月 東京大学大学院新領域創成科学研究科
日本学術振興会特別研究員（DC2）2016年7月 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター
特定研究員、日本学術振興会特別研究員（PD）
2020年4月 岡山大学惑星物質研究所 特任助教
2021年3月 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター（GRC）
研究分野

比較惑星科学、地球化学、高圧地球科学

助教（現職）

研究の興味：惑星の多様性の起源の理解
惑星分化過程はブラックボックス

研究意義： 多様な惑星環境を理解するうえで、惑星の分化過程の解明はとても大事
問題点 ： 地質記録が無いので分化過程の解明は困難
解明手段： 実験的に分化過程を再現し、どのような反応が起こるのか観察（私の研究）→ 天体内部が表層環境形成に果たした役割の理解を目指す（研究の特長）

多様な惑星環境とは：異なる酸化状態を持った岩石天体
地球

火星

月

マントル酸化状態と火山ガス組成の関係
火星

月

CH4
大気

CO
FeO(Fe2+)に富む

地球

CO2
Fe2O3(Fe3+)に富む

マントル
金属核

マントルの酸化状態（Fe3+/Fe2+比）と大気組成と密接な関係にある。
例：地球マントルの火山ガスがCO2主体でなかったら、現在のような生命居住に適した酸素に富む大気は発生しなかった！[e.g., Kadoya et al., 2020, Nature Communications]（2CO + O2 → 2CO2などの反応により酸素が消費されてしまうから）超高圧環境下における酸素（Fe3+）に富むマグマの形成
2023年5月 プレスリリース （Nature Geoscience掲載）（JAMSTEC、岡山大学惑星物質研究所との共同研究）

マルチアンビル高圧装置
GRC

SPring-8 BL27SU

マグマオーシャン中で起こるFe2+の電荷不均化反応：マントル酸化状態(Fe3+生成量)を決める重要な反応[Armstrong et al., 2019, Science]

問題点：地球マグマオーシャンの高温高圧条件の実験が無く、Fe3+の生成量は未解明。
本研究：GRCの高温高圧発生技術のノウハウを生かし、上記条件下におけるFe3+量の制約に成功！
鉄価数状態に関する
軟X線発光スペクトル

試料断面組織Illustration by Shinichiro Kinoshita

50 μm[Kuwahara et al., 2023, Nature Geoscience]

超高圧環境下における酸素（Fe3+）に富むマグマの形成

Fe3+の割合（%）

温度（K）[Kuwahara et al., 2023, Nature Geoscience]

深さ約600~800 kmに対応

地球マグマオーシャンに相当する圧力条件下ではFe2+の電荷不均化反応が急速に進む

惑星科学・天文学分野への波及効果：地球、太陽系を超えて月～火星サイズの天体
NH3

CH4

FeOに富む H2
マグマオーシャン
CO金属核

N2

地球・金星サイズの天体
CO2

Fe2O3に富む
マグマオーシャン金属核

H2OSO2宇宙望遠鏡による太陽系外惑星の大気観測による仮説の検証→ 惑星科学・天文学分野との協力による分野融合型研究への発展！
→ 岩石天体内部－大気の関係に関する普遍的な理論の枠組み構築へ！

謝辞
超高圧下のマグマ酸化状態に関する共同研究● 愛媛大学 入舩 徹男 教授・センター長● 岡山大学 芳野 極 教授
● 海洋研究開発機構(JAMSTEC・高知コア研究所) 中田● 海洋研究開発機構(JAMSTEC) 門屋 辰太郎 研究員
太陽系外惑星の内部－大気モデルに関する議論● 国立天文台 藤井 友香 准教授、伊藤 祐一● 神戸大学 黒崎 健二 特命助教
● 東北大学 吉田 辰哉 研究員

研究員

岩石天体内部の酸化状態の進化モデルに関する議論● イェール大学 Jun Korenaga 教授● カリフォルニア工科大学 Yoshinori Miyazaki 研究員● アリゾナ州立大学 Damanveer Grewal 助教
研究成果プレスリリースに関するイラスト提供● Kinoshita Design Office 木下 真一郎 氏亮一

主任研究員