GRC Ｎｅｗｓ Letter2022.6.20

国立大学法人

No.63

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.grc.ehime-u.ac.jp/

目のうち現地参加が、半数近い 3000 人余りだったとの報告がありました。とはいえ、会場での感覚では、参加者はいつもの 1～2 割程度といった印象でした。例年 1 週間の大会期間が、今年は 2 週間に渡り、前半がハイブリッド方式、後半のポスター
セッションはオンラインという構成だったせいかもしれません。
近年は多くのセッションが英語化されているこの大会も、今年は外国人参加者が少ないせいもあり、日本語のセッションも多かったようです。私も久しぶりに日本語での発表でしたが、ホールに設置された特設会場での発表に、ちょっと緊張してしまいました。
GRC では例年どおり展示ブースを設け、学生を含め複数のスタッフが常駐しましたが、やはりいつもに比べてやや訪問者も少なかったようです。
また、昨年度より引き続き、出展者クイズラリー
や出展者ポップアップという企画にも参加し、センターや展示ブースの紹介などをハイブリッドで行いました。
参加者 3000 人余りという割には人が少ない印
象なのは、少なからずの人が現地にいながらオンライン参加も併用していたことによるようです。
私も、自分の出番や対面出席が必要な会議など以外は、多くの講演をホテルに引きこもってオンライン視聴しました。これがなかなか具合よく、通常の対面での講演よりスライドがクリアかつ音声も聞きとりやすく、現地でオンライン参加というのもアリだなと感じました。一方で、対面でのちょっとした会話や情報交換はやはり重要で、対面とオンラインをうまく使い分けることが必要であることを改めて実感しました。
現地参加者は例年に比べて若手、特に学生が多い印象を受けました。中堅が少ないように見えたのは、授業などのために現地参加をためらったせ
いかもしれません。一方で（私も含め）シニアの参加者は、少なからずいたように思います。もっともシニア層の多くも、会場滞在時間はあまり長くなく、本当に必要なところにだけ顔を出しているように見受けられました。

次センター長挨拶
センター構成NEWS＆EVENTS:
SiO2ガラス四面体構造変化のX線その場観察
下部マントル粘性率の実験的制約
リュウグウサンプルのレプリカ展示
JpGU 2022 展示現地参加
ジオダイナミクスセミナー
新人紹介
国際会議参加報告
ALUMNIレポート No.28
最新の研究紹介
先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）

センター長あいさつ
入舩 徹男
例年幕張で
開催される日本地球惑星科学連合（JpGU）の大会に、3 年ぶりに現地参加しました。
過去 2 年間はコロナ禍によるオンライン開催となり、久々の対面での参加。県外への出張自体が約 2 年半ぶりで、飛行機に乗るときは 2 重マスクと、恐る恐る出かけました。無事会場の幕張メッセに着いてほっとするとともに、久しぶりに研究者仲間と再会できて感慨深いものがありました。
通常は 1 万人近い参加者がある地球惑星科学分
野で国内最大のこの会議も、ハイブリッド方式で行われた今回の参加者は約 7000 人だったとか。こ1

夜の部もほとんど無くなったため、夕方などに近くの幕張の浜に散歩に出かけましたが、3 年ぶ
りのマリンスタジアム周辺は、予想以上に大きく❖変わっていて驚きました。一つは「JFA 夢フィー
ルド」という、大きなサッカー施設ができていたことです。なんでも JFA100 周年を記念して作られた、ナショナルセンターだとか。4 面のサッカー場の他、ビーチサッカーやフットサルの設備やクラブハウスの建物もあり、温泉施設までできていました。
もう一つ驚いたのが、いつもの散歩コースであるマリンスタジアム裏の海岸沿いの道が大量の砂で埋め尽くされ、歩くのもままならない状態になっていたことです。確かにこの付近は浜風も強く、砂が吹き寄せられやすい場所ですが、ガードレールも埋め尽くす一大砂丘が出現していました。
コロナ禍のため、あまり手入れもされなかったからでしょうか。改めて 3 年という月日の長さを感じたひと時でした。

センターの構成（R4.6.1現在）



実験系地球科学部門
入舩徹男（特別栄誉教授）
西原 遊（教 授）
河野義生（准教授）
境毅（准教授）
大内智博（准教授）
Steeve Gréaux（講 師）（R4.5.1-）
井上紗綾子（助 教）桑原秀治（助 教）
國本健広（特定研究員）
福山 鴻（学振特別研究員）
Marisa Wood（学振外国人特別研究員）

(R4.4.13-)



数値系地球科学部門
土屋卓久（教 授）
亀山真典（教 授）
土屋 旬（准教授）
出倉春彦（講 師）
Sebastian Ritterbex（特定研究員）❖

超高圧材料科学部門
内藤俊雄 （教授：理工学研究科兼任）
松下正史 （教授：理工学研究科兼任）
山本 貴 （准教授：理工学研究科兼任）❖

教育研究高度化支援室（連携部門）
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）

白石千容（研究補助員）
客員部門
客員教授 Yanbin Wang（シカゴ大学GSECARS
代表・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名誉教授）
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（東京大学名誉教授）
客員教授 舟越賢一（CROSS中性子科学センター研究開発部次長）
客員教授 平井寿子（元愛媛大教授・前立正大教授）
客員教授 井上 徹（広島大学大学院先進
理工系科学研究科教授）
客員教授 大藤弘明（東北大学大学院理学研究科教授）
客員教授 西山宣正（住友電気工業（株）
アドバンストマテリアル研究所
主幹）
客員准教授 西 真之（大阪大学大学院理学研究科准教授）
客員准教授 丹下慶範（住友電気工業（株）
アドバンストマテリアル研究所主席）
事務
研究支援課・研究拠点第2チーム
相澤麻衣 （チームリーダー）
八丈野真子（サブリーダー）
宮本菜津子（事務補佐員）
八城めぐみ（研究補助員）
濱田愛子 （事務補佐員）

NEWS＆EVENTS❖

SiO2 ガラス四面体構造変化のその場観察

GRC の河野義生准教授と、高輝度光科学研究センター、山梨大学、理化学研究所の共同研究者からなる共同研究チームは、大型放射光施設
SPring-8 の BL05XU、BL37XU ビームラインにおける高強度の高エネルギーX 線を活用することでSiO2 ガラスの高圧下における構造変化の解明に成功しました。
SiO2 液体・ガラスは圧力下において異常な密度変化や圧縮率変化をすることが知られており、そのメカニズムの理解は物理学のみならず、地球・惑星内部におけるケイ酸塩マグマの理解や、材料科学における酸化物ガラス材料の特性の理解など
2

の幅広い科学分野において重要な未解明問題となっています。これまでの理論研究によって、SiO2
液体中の四面体構造の存在と、圧力・温度によるその割合の変化が SiO2 の異常特性の構造的起源であることが提唱されてきましたが、その実験的な証拠は確認されていませんでした。
本研究では、高圧その場環境下における X 線構
造解析の実験を行い、実験結果を逆モンテカルロ
解析、分子動力学シミュレーションと組み合わせることで、四面体構造の存在やその高圧下における崩壊を実験的に捉えることに成功しました。
本 研 究 成 果 は 、 英 国 の 科 学 雑 誌 「 Nature
Communications」に 4 月 28 日に掲載され、さらに同雑誌の Editors’Highlights ウェブページにおいて、Inorganic and physical chemistry 分野に
お け る Featured articles に 選 ば れ て い ま す(https://www.nature.com/collections/wtpqpqpg
wd)。
【論文】Yoshio Kono, Koji Ohara, Nozomi M.
Kondo, Hiroki Yamada, Satoshi Hiroi, Fumiya
Noritake, Kiyofumi Nitta, Oki Sekizawa, Yuji
Higo, Yoshinori Tange, Hirokatsu Yumoto,
Takahisa Koyama, Hiroshi Yamazaki, Yasunori
Senba, Haruhiko Ohashi, Shunji Goto, Ichiro
Inoue, Yujiro Hayashi, Kenji Tamasaku, Taito
Osaka, Jumpei Yamada, and Makina Yabashi,
Experimental evidence of tetrahedral symmetry
breaking in SiO2 glass under pressure, Nature
Communications,
13,
2292,
doi.org/10.1038/s41467-022-30028-w, 2022.

部マントルなどとは独立に対流していることが明らかになりました。
本研究を実施する上で、GRC の西原教授らが中心となって高エネルギー加速器研究機構に設置した D111 型装置と呼ばれる変形実験装置が大きな役割を果たしました。また西原教授らは、更に大型の D111 型装置を昨年放射光施設 SPring-8 に設置して新たな研究を開始しており、今後も地球惑
星深部の動的挙動に関する新たな知見が得られる
ことが期待されています。
本研究成果は、アメリカの総合科学誌 Science
Advances に 2022 年 3 月 30 日(水）付けでオンラ
インにおいて発表されました。
【論文】Noriyoshi Tsujino, Daisuke Yamazaki,
Yu Nishihara, Takashi Yoshino, Yuji Higo,
Yoshinori Tange, Viscosity of bridgmanite
determined by in situ stress and strain
measurements
inuniaxial
deformation
experiments, Science Advances, 8(13), doi：
10.1126/sciadv.abm1821, 2022.
❖ リュウグウサンプルのレプリカ展示

小惑星探査
機「はやぶさ 2」が持ち帰ったリュウグウのサンプルレプ
リカを、6 月 13
日より愛媛大学ミュージアムにおいて展❖ 下部マントル粘性率の実験的制約
示しています。
このレプリカ岡山大学惑
は、はやぶさ2
プロジェクトに参画していた愛媛
星物質研究所
大データサイエンスセンターの本田理恵教授からの辻野典秀助提供を頂いたものです。今回、愛媛大で関連研究
教 ら と 、 GRCの西原遊教授、 を行っている GRC と宇宙進化研究センターが、愛媛大ミュージアムにて共同展示しています。この高輝度光科学
レプリカは、全 5.4g のリターンサンプルのうち、研究センター
3 番目に大きいサンプル(長径約 8.6mm, 93.5mg)の肥後祐司主を宇宙科学研究所(JAXA-ISAS)が3 次元プリン
幹研究員らのターで再現したものです。なお、このレプリカ展
共同研究チー
示は、JAXA-ISAS が立地する相模原市が全国一斉
ムは、下部マ展示として進めている企画です。
ントルの温度圧力条件下でブリッジマナイトの変形実験を行ない、放射光 X 線を使った歪と差応力の測定によりブリッジマナイトの粘性率を直接決定しました。これにより、これまで地球物理学的観測に基づいて報告されていた下部マントルの高い粘性率はブリッジマナイトの粘性率でよく説明できることが明らかになりました。さらに、これまで十分に制約することのできなかった地球マントル深部での差応力や鉱物の粒径が初めて見積もられ、これに基づいて下部マントルの大部分は上3

❖JpGU 2022 展示現地参加
第570回“An ab initio approach to the latticedynamics of cubic CaSiO3 perovskite”
Dr.
Haruhiko Dekura (AssistantProfessor, GRC)
2022.3.25

3 年ぶりに対面を含むハイブリッド方式で開催された JpGU2022 に、GRC として展示ブースを出すとともに、「出展者ポップアップ」でのセンター
紹介を行いました。例年どおり幕張ホールのいい場所を確保でき、GRC の活動紹介やヒメダイヤ展
示を行いました。また、JpGU クイズラリーにも参加し、ヒメダイヤ製リング＋センター長著絵本「地球の中に、潜っていくと」を 3 セット賞品として提供しました。ちなみに後者は、福音館書店が小学生向けに発行している雑誌「月刊たくさんのふしぎ」2019 年 12 月号に掲載されたものですが、毎年出版される 12 冊のうち、好評だった 2 冊が単行本化されています。「地球の中に、潜っていくと」は、中国語版（「潜入地球」）が発行されるとともに、年内の単行本化が決定しています。

第571回“Reaction and partitioning of water
between liquid metal and molten
silicate”
Dr. Taku Tsuchiya (Professor, GRC)
2022.4.15
第572回“Limitation of Fe oxidation in chlorite”
Dr. Sayako Inoué (Assistant Professor,
GRC)
2022.5.20
第573回“Ultrahigh-temperature and high-pressure
experiment for determination of
nitrogen isotope fractionation during
Earth's core formation”
Dr. Ko Fukuyama (JSPS Postdoctoral
Fellow, GRC)
2022.6.10
第574回“Redox disproportionation of Fe2+ ina deep magma ocean during coreformation”
Dr. Hideharu Kuwahara (AssistantProfessor, GRC)
2022.6.17

ジオダイナミクスセミナー

新人紹介

今後の予定（詳細はHPをご参照下さい）

Marisa Wood
(学振外国人特別研究員)

７月
7/15“Sound velocities of aluminum bearing Ferich bridgmanite at high P and T”
Dr. Steeve Gréaux (Assistant Professor,
GRC)

I
graduatedfrom University
CollegeLondonwith a PhD in
7/29“The stability of hydrous SiO2 stishovite
mineral physics
in the deep mantle”
in 2021, where I
Dr. Goru Takaichi (Ph.D. student, GRC)
focused on thephysical 過去の講演
properties of iron第569回“Linear analysis on the onset of
and iron alloys
thermalconvectionofhighlyat high temperature and pressure conditions
compressible fluids with variable
relevant to the cores of the Moon and small
viscosity and thermal conductivity interrestrial planetary bodies. Thought to havespherical geometry: Implications forformed from the Earth, the Moon has a similar
the mantle convection of super-Earths”
structure and composition to the telluric
Dr. Masanori Kameyama (Professor,
planets; however, its deep interior remains
GRC)
2022.3.11
4

International School は、主にヨーロッパ在住の大学生・大学院生を対象とした合宿セミナーであり、1974 年より毎年開催されてきた歴史があります（コロナ禍により、2020 年のみは開催できなかったそうです）。今年の第 56 回は結晶学の中でも地球科学と関連の深い高圧結晶学分野の研究者が中心となる開催であり、「Crystallography under
extreme conditions: the future is bright andvery compressed」という副題にもそれが反映されています。
主催者側から事前に、「塑性変形・剪断変形に伴う相転移・非平衡現象をお題にした講義をお願いしたい」との依頼があったため、沈み込んだスラ
ブ内における準安定カンラン石の相転移と深発地震についての講義（質疑応答を含めて 45 分）を行いました。学会発表とは異なるため、内容構成の吟味に時間を要するのは勿論、学生の予習のための事前資料（10 ページ！）には正直骨を折りました。それでも頑張る原動力となっていたのは、ともかくエリーチェへ出張できることです。勿論、講師として招待していただいたこと自体が名誉ではあるのですが。
エリーチェとは、イタリア南部のシシリー島の最西端の標高 750m の高原に位置する、歴史のある小さな町です。
“天空の街”と呼ばれる風光明媚な観光地であり、旅行ガイドブックで一度調べてみると、是非とも行ってみたくなるような場所です。
海の幸のパスタやピザ、お菓子がとにかく美味し
そうですし、welcome buffet として、地元の民謡ライブを楽しみながらのディナーを用意して頂いているとの話でした。ですので、講義及び事前資料の準備にも気合が入ります。コロナ禍のため、厳しい出張制限が 2 年以上続いていましたが、今年の春以降は海外出張が可能な状況となっていましたので、6 月にはエリーチェに行けるはずと信じていました。
しかし 4～5 月に渡航計画を立てている時点で、今回の渡航が事実上困難であることを認識させられることとなりました。問題となったのは、イタリアから日本へ帰国する際に新型コロナの陰性証明を取得しないといけない点です（6 月以降はその制限が緩和されたのかもしれませんが）。つまり、帰国前の検査で陽性と判定された場合、帰国の目途が立たなくなってしまうわけです（巷では、事実上の鎖国と揶揄されていたようですが）。これには大変落胆しました。この経緯を主催者側に伝えた結果、私はオンラインで参加することとなりました。6 月 3 日の私のオンライン講義は、Zoom を用いてひとまず無事に行うことができました。当日は、せめて現地の雰囲気を出して少しでも楽しもうと、現地の風景（エリーチェの高台のお城から麓のトラーパニ市の全景を撮影した写真）をポ
スター用紙に印刷して居室に掲示しました。近所のスーパーやコンビニでイタリア風の食材を買い込み、welcome buffet 風にしてみました（図）。

controversial due to a lack of resolution
below ～1,200 km as there is an absence ofobserved shear wave arrivals from the farsideof the Moon. Seismic models, selenodetic data,siderophile partitioning, and the presence ofpalaeomagnetic fields indicate that the Moon
possesses a small molten or partially molten
core and favour an iron core alloyed withlight elements. In contrast, Mercury has alarge core of ～80% of its radius with thepressure gradient potentially leading to avery complex layered structure dependent on
the interplay between the melting curve of
the core composition and the adiabat as thecore
crystallises.
A
combinationofcomputational and experimental techniques
were used to investigate the physicalproperties of the cores of Moon and Mercury
including ab initio static and ab initio
molecular dynamics simulations, in situ
multi-anvil
pressexperiments
using
ultrasonic interferometry, and laser-heateddiamond anvil cell experiments.
I arrived here in May 2022 and continue towork on the deep lunar interior, focusing on
the lower lunar mantle. The lack ofresolution surrounding the deep mantle andcore could be attributed to the attenuationof seismic waves as they pass through thisregion and models suggest that there is alayer of partial melt in the deep mantle
surrounding the lunar core. To draw
constraints on this region sound velocities
in candidate materials must be determinedfrom experimental methods and computational
simulations which are then compared with theobserved seismic data, of particular interest
are
in
situ
multi-anvil
ultrasonics
experiments which will be carried out todetermine sound velocities in relevant
compositions.

国際会議参加報告❖ 第56 回International School of Crystallography2022 年 6 月 3～11 日にイタリアのエリーチェにて開催された、第 56 回 International School of
Crystallography に講師として参加しましたので 、 その報告をさせていただきます。この5

私の現在所属する地球惑星物質学研究グループ
は永井隆哉教授、川野潤准教授、そして私の３名の教員に加え、2022 年現在は 6 名の学部生、6 名の大学院生が在籍しています。研究室では地球・惑星を構成する鉱物、物質の物理化学的性質や形
成メカニズムを原子レベルで明らかにすることを目指して、地球・天体の表層から深部までを想定した室内実験、シミュレーションを行っています。私自身は、現在地球や天体を構成する物質としての炭素、窒素に着目した実験的研究を進めています。例えば、沈み込むスラブでの炭素、窒素のリザーバーとしての堆積物有機物に着目し、その構成要素である芳香族化合物や脂肪族炭化水素の温度・圧力に伴う分子構造や化学組成の変化に関する研究、スラブにおける C-O-H-N 流体の化学
組成の変化や周囲のケイ酸塩鉱物との化学反応に関する研究を進めています。また化学的な視点から、アミノ酸やカルボン酸などの有機結晶の高圧下での結晶構造変化や圧力誘起による化学反応に関する研究を行っています。さらに最近では生命の起源やアストロバイオロジーに興味をもち、生命誕生以前の化学進化についての実験的研究を進めています。研究室にはダイヤモンドアンビルセル（DAC）やピストンシリンダーといった高温高圧発生装置があり、ラマン分光装置、顕微赤外分
光装置や粉末 X 線回折装置、熱分析装置、透過型
電子顕微鏡などの鉱物や物質の分析が可能な装置が充実しています。また、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)や UV-Vis といった有機物を対象とした分析が可能な実験装置の整備を進めています。また、北大は学内の共同利用施設が充実していて様々な実験装置を気軽に利用できる環境にあり、これらを積極的に利用して充実した研究活動を行うことができています。なによりも北大のイ
チオシはその美しいキャンパスです。冬は一面の雪に覆われてしまいますが、その分だけ春になった時の新緑の美しさは格別です。リスなどの動物も見かけることができ、札幌中心部に居ながら大自然を満喫しています。
愛媛大を卒業以降も松山を訪れる機会にたびたび恵まれ、GRC の皆様には引き続きお世話になっております。例えば、PRIUS 共同利用でマルチア
ンビルプレスを使わせて頂き、ナフタレンの圧力
誘起反応に関する研究を行いました。15 GPa 以上
での高圧実験後の回収試料を GC/MS で分析したと
ころ、ビナフチルをはじめとする様々な二量体、三量体が検出されました。結晶中のナフタレン分子同士が高圧下で接近することにより部分的に重合反応が進行することを明らかにしました。在学中はもっぱらレーザーDAC を用いていたため、身近にあったのにも関わらずマルチアンビルプレス
を使う機会に恵まれなかったのが心残りだったのですが、卒業後になってやっと使うことができました。GRC を訪れて毎回感じているのが、その研究環境の充実ぶりです。数多くの最新の実験装置

もっとも実際の welcome buffet の料理は、もっと豪華なものだったようですが。

話が脱線しますが、5 月の JpGU で国際セッションのコンビーナを務めた際、全ての海外の講演者には Zoom でのオンライン発表をお願いしました。
上記のオンライン講義にて、自身がその講演者の皆様の立場になって改めて、「ああ、このようなことをお願いしていたのか」と痛感させられた次第です。オンライン発表の性質上、どうしても現地会場での聴衆の反応が分かりにくいといった、独特の難しさがあるように思います。ただし、オンライン発表であれば著名な研究者（特に出張の難しい子育て世代）にも講演を引き受けていただけるケースが多いように思います。勿論、オンラインであれば招待する際の旅費の問題も解決しますし。コンビーナ目線としては、オンライン発表が根付いていくといいなと思っています（私見ですが、私の担当したセッションのレベルは、コロナ
前よりも上がったように思います）。いずれにしても、自由に海外出張ができる日々が一日でも早く戻ってくることを切に願います。(大内智博)

ALUMNI レポート㉘❖

北海道大学大学院理学研究院
助教，篠崎彩子

北海道大学理学研究院地球惑
星科学部門、助教の篠崎です。
GRC には 2009 年
4 月から 2012 年
3 月までの 3 年間、博士後期課
程の大学院生として在籍していました。松山を離れてからもう 10 年も経ってしまったことに今更ながら気が付き、時の流れの速さを実感しています。
6

用いた解析により、この構造パラメーターｚの分
布が高圧下において二峰性分布を示すことが確認できました（図）。実験により得られた z の二峰
性分布は、SiO2 液体の理論研究において報告されているものと良い一致を示していました。SiO2 ガ
ラスにおける構造パラメーター z の分布は、低圧下においては高い z 値のみの一つの分布を示すのに対し、高圧下においては z 値＝約 1.7 Å の分
最新の研究紹介
布が増加し、二峰性分布を示します。
低圧下の SiO2 ガラスにおける高い z 値の分布
❖ SiO2ガラスの圧力下における異常特性の起源
は、近接の 4 つの Si 原子が四面体構造を成す構
造を示しており、5 つ目に近い Si 原子は第一層のSiO2 は地球に最もありふれた物質の一つであり、4 つの Si 原子とは大きく離れた位置に存在してい地球内部におけるマグマから、我々の日常で利用ます（図）。この構造は SiO2 液体の理論研究によするガラス材料など、様々な科学・技術分野におり報告されている S 状態の構造と同じです。一方、
いて SiO2 液体・ガラスの構造と特性の理解は重要
高圧下において出現する z 値＝約 1.7 Å の分布は、視されています。特に、SiO2 液体・ガラスは圧力
5 つ目の Si 原子が第一層の 4 つの Si 原子と同じ下において異常な密度変化や圧縮率変化をするこ
位置まで接近し、四面体性が失われた乱れた構造とが知られており、そのような SiO2 の特異な物性を表しています。SiO2 ガラスは１気圧から低圧下のメカニズムを理解することは、物理学、地球科
では四面体性の高い S 状態構造から主に成る一方、学、材料科学などの幅広い学術分野における重要高圧下では四面体性が崩れ、S 状態構造の割合が課題です。これまでの理論研究により、SiO2 液体
大きく低下することが高圧下における SiO2 ガラス中の四面体構造の存在と、圧力・温度によるそのの異常特性の構造的起源となっていると考えられ割合の変化が SiO2 の異常特性の構造的起源である
ます。
（河野義生）
ことが提唱されてきました。しかし、SiO2 液体もしくは SiO2 ガラスに潜む四面体構造やその高圧下❖ Sound velocity of partially molten rocks
における変化についての実験的な証拠はこれまで見つかっていませんでした。
P- and S-wave velocities are unique tools
本研究では、
which we have to explore the bulk chemical
SPring-8 のcomposition
andstructuresofthe
BL37XU ､ 並 び
inaccessible deep Earth, by comparing highに高エネルギpressure
mineralphysicsdatawithーX 線利用のseismological observations. Such approaches
テストベンチhave been successful in interpreting theとして整備さEarth’
s interior (e.g. Irifune+ Nature 2008;
れ た BL05XU
Gréaux+ Nature 2019) and is now applied toにおいて､高Martian compositions to interpret InSight
強度の高エネseismic data (Xu+ GRL 2021). However, despite
ルギーX 線を
the extensive seismic surveys and numerous
活用することlaboratory studies, mineral physics data
により、高圧still cannot explain a number of seismic
その場環境下discontinuities and scatterings, widespread
において精確at multiple depths across the globe (Ballmer+に SiO2 ガラス
Nat. Geo. 2015, Waszek+ Nat. Comm. 2016). Aの構造を測定few pioneering studies proposed to explain
する手法を開some of the discrepancies at the 410 km and発しました。
660 km depth discontinuities by the presence
そして、実験結果を、逆モンテカルロ解析、分子of partial melt (Schmandt et al., Science
動力学シミュレーションと組み合わせることで、2014; Chantel+ Sci. Adv. 2016; Manthilake+
高圧下における SiO2 ガラスの構造情報を得ること
Nat. Comm. 2017, Miner. 2021) but theirに 成功しま した (Kono et al., 2022, Nature
results, due to the limited information on
Communications, 13, 2292)。理論研究により提the rock velocities and the nature and
案されている構造パラメーター z（ある Si 原子
distribution of melt heterogeneities, do notから 5 つ目に近い Si 原子までの距離と 4 つ目に近permit to establish physical models and hence
い O 原子までの距離の差を表すパラメーター）を
it is still difficult to fully interpretが導入されていることは言うまでもないですが、国内外の研究者が数多く集まり活発に研究を行っている環境は大変刺激的であり、世界最先端の研究に触れて学ぶことができた 3 年間は、短くても非常に貴重な経験であったと改めて感じています。

7

with beamline scientists at BL04B1 (Kono+
High P. Res. 2021). Figure 1 shows an example
of successive X-ray diffraction patterns
collected at 15 GPa, upon melting of FeS, in
wadsleyite + 5 wt.% FeS while Figure 2 shows
the corresponding P- and S-wave travel time
(tP and tS, thereafter) as a function ofincreasing temperature.
A parallel analysis of the X-ray
diffraction data and travel time measurements
permitted to clearly interpret the physicalchanges in the sample as temperature
increased. The first travel time decreases
at ～750℃ corresponded to the release ofdeviatoric stress, which is completed after
heating for about 30 min, while the second tP
an tS decrease at T > 800℃ corresponded to
the gradual disappearance of olivine from thestarting material. At T higher than 950℃,
the sample consists of wadsleyite +FeS(solid), which is confirmed by XRD data
and the tP and tS first plateau. At ～1025℃ ,FeS started to melt, which is characterized
by a gradual increase of tP and tS and thedisappearance of FeS peaks as well as anincrease of the XRD background. At T ～1200℃
both tP and tS reached a second plateau where
they do not further increase with increasing
T, hence suggesting FeS is completely molten.
These preliminary results show that it ispossible to quantify the effectofheterogeneities on the velocities of rocksamples while differentiating solid and melt
heterogeneities. We plan in the future to
apply those techniques to the investigationsof more inhomogeneous samples with varying
silicate
matrixcomponents
andmelt
composition and combine this information withspatial distribution and aspect ratio
analyses of the melt heterogeneities. This
new information will be used to establish
physical models that can be applied forinterpreting regions of partial melting in
the Earth’s interior such as the top of the
410 and beneath the 660, as well as to confirm
or disprove the proposed existence of partial
melting at the core-mantle-boundary of theMoon (Weber+ Science 2011; Khan+ J. Geophys.
Res. 2014), and Mars (Samuel+ J. Geophys. Res.
2021). (Steeve Gréaux)seismic observations in terms of mantle
composition, structure and dynamics.
Our current research project aims atevaluating and quantifying P- and S-waves
velocities of inhomogeneous rock aggregates
under simultaneous high pressures and hightemperatures. Because investigating soundvelocities upon partial melting in silicate
systems can be technically challenging, wechose to start this project with more
simplistic approach and investigated thesound velocities of olivine + FeS aggregates,
as an analog to the partially molten mantle
rock. The ultrasonic experiments were carriedout by means of in situ ultrasonicinterferometry, X-ray radiography and X-ray
diffraction techniques at high pressure andhigh temperature in the 1500-ton multianvilpress apparatus SPEED1500 located at thebeamline BL04B1. All measurements wereconducted continuously, in one heating ramp,
upon melting of FeS in the silicate rockmatrix by means of an automated flipping slit
system and a time-resolved data acquisition
software newly developed in collaboration❖

透明ナノセラミックスの超高圧合成

GRC の我々のグループでは、高い硬度を持つナ
ノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）を最初に報8

告（Irifune et al., Nature 421, 2003）して以来、ヒメダイヤの高品質化・大型化とともに、その様々な応用に国内外の研究グループとの共同研
究として取り組んできました。後者については2019 年に松山で国際シンポを行うとともに、国際誌 High Pressure Research の特集号として 2020
年に取り纏められています。
我々のグループでは、同様の超高圧合成法を更に他の物質に拡張し、近年様々な高圧相の多結晶体の合成に取り組んでいます。もともとは高圧下での弾性波速度測定用の試料合成が目的でしたが、ガラスバルク体からの超高圧合成により、単結晶と同等の透光性を示し、単結晶より 3 割程度高い
硬度を有するナノ多結晶ガーネットの合成（Irifune et al., Nat. Commun. 7, 2016）などに成功しました。これを「透明ナノセラミックス（TNC）」と称して、色々な TNC づくりを試みています（図）。

透光性の高い多結晶焼結体の合成は、既に 20 年以上前から報告され、「透明セラミックス」という名称でレーザーやレンズなど、様々な光学素子・部品などに応用されています。これらの透明セラ
ミックスは、立方晶系のガーネット構造やスピネ
ル構造などのものがほとんどで、通常粒径は数ミ
クロン～数十ミクロン程度です。立方晶系の結晶は光学的等方体であり、十分焼結度が高く空孔が少ない多結晶焼結体は高い透光性を示します。
一方、立方晶系以外の結晶からなる多結晶焼結❖体でも、可視光の波長より十分小さいナノ領域（100 ナノメートル以下）の粒径からなる焼結体であれば、透明セラミックスになると予想されていました。しかし通常の常圧・低圧下における焼結法や、ガラスからの結晶化では、このようなナノ領域の多結晶体からなる透光性の高いセラミッ
クスの合成は困難でした。
上記の我々の透明ナノ多結晶ガーネットは、10万気圧を越える超高圧下で、ガラス転移点を越える適当な温度でガラス中に一挙に結晶核とナノ結晶を生成させ、超高圧下での原子拡散の遅さを利用して粒成長を押さえることにより合成されました。我々のグループは、ドイツのグループとの共同研究により、三斜晶系の Al2SiO5 カヤナイトの超高圧合成ナノ多結晶体が高い透光性を示すことを明らかにするとともに、正方晶系の SiO2 スティ
ショバイトのナノ多結晶体が、極めて高い靭性を
持 つ こ と も 示 し ま し た。 最 近 で は 単 斜 晶 系 のNaAlSi2O6 ヒスイの多結晶体（厳密にはナノ領域より少し大きい粒径ですが）が、高い透光性と硬度を示すことも報告しています（Mitsu et al., J.
Min. Soc. Jpn. 116, 2021）。
グラファイトがダイヤモンドになるように、超高圧下では様々な高圧相が存在します。このような高圧相は高密度になるとともに、硬度が増すな
ど様々な物性の変化がみられます。超高圧下での透明ナノセラミックスの合成により、従来にない新たな特性を持つ物質・材料が生み出されるかもしれません。（入舩徹男）

research areas such as Earth and materialsciences and fundamental physics. This
activityisstrongly
based
on
the
availabilityofnano-polycrystalline
diamonds (NPDs) developed at the GRC (Ehime
University) by Prof. T. Irifune. Presently,
NPDs are the best anvil material that enables
the efficient and reliable collection of
extreme condition X-ray absorption data.
Since 2012, this collaboration between ESRF
and GRC has resulted in 44 joint articles,
several of them appeared in very high-impact

PRIUS 利用研究報告

The studyof matter at
extremepressure andtemperature
is a major
activity at
the two Xray absorption beamlines ID24 and BM23 of the
ESRF, aiming at solving open questions in
9DACs developed at CEA, France or double-stage
DACs developed at GRC (Dr. T. Sakai) [4].
Multi-megabar XAS measurements have been
already achieved at SPring-8 in Japan and areforeseen at BM23/ID24 in collaboration with
GRC and the University of Hiroshima (Prof. N.
Ishimatsu) [5]. Another major challenge inthis field relies on improving
theimpermeability of NPDs to light gases such as
H and He. These gases permeate easily between
grain boundaries of NPDs and reduce theirstability, leading to their failures.
Resolving both challenges would allow
accessing new landscapes of research atextreme conditions using XAS as a probe of
the electronic and local atomic structuralproperties of matter. For example, thebehavior of hydrogen in compounds at extremes(superhydride-superconductors,
H-storage
materials or deep Earth materials) would
become accessible and/or more generally
matter could be studied at near ideal andquasi-hydrostatic conditions yielding data ofhighest robustness.（Dr. Angelika D. Rosa &Dr. Olivier Mathon, ESRF BL23/ID24）

journals [1-3].
This strong and successful collaboration
has also been central for further developing
the extreme condition program at thesebeamlines as part of the ESRF’s upgrade to theExtremely Brilliant Source (EBS) - the first
4th generation hard-synchrotron facility,
which has been operational since July 2021.
These upgrades have greatly improved the Xray beam focusing capabilities (down tosubmicron) and photon flux (up to 1014
ph/sec). Both are key factors for producing
high quality data from materials subjected to
extreme conditions.

[1] A. Dewaele, N. Worth, C. J. Pickard, R. J.
Needs, S. Pascarelli, O. Mathon, M. Mezouar,
and T. Irifune, Synthesis and stability of xenon
oxides Xe2O5 and Xe3O2 under pressure, Nat Chem
8, 784 (2016).
[2]J. Purans, A. P. Menushenkov, S. P. Besedin,
A. A. Ivanov, V. S. Minkov, I. Pudza, A. Kuzmin,
K. V. Klementiev, S. Pascarelli, O. Mathon, A.
D. Rosa, T. Irifune, and M. I. Eremets, Local
electronic structure rearrangements and strong
anharmonicity in YH3 under pressures up to 180
GPa, Nat. Commun. 12 (2021).
[3]A. D. Rosa, M. A. Bouhifd, G. Morard, R.
Briggs, G. Garbarino, T. Irifune, O. Mathon,and S. Pascarelli, Krypton storage capacity of
the Earth's lower mantle, Earth. Planet. Sci.
Lett. 532, 116032 (2020).
[4]T. Sakai, T. Yagi, R. Takeda, T. Hamatani,
Y. Nakamoto, H. Kadobayashi, H. Mimori, S. I.
Kawaguchi, N. Hirao, K. Kuramochi, N. Ishimatsu,
T. Kunimoto, H. Ohfuji, Y. Ohishi, T. Irifune,
and K. Shimizu, Conical support for doublestage diamond anvil apparatus, High Pressure
Res. 40, 12 (2020).
[5]K. Kuramochi, N. Ishimatsu, T. Sakai, N.
Kawamura, and T. Irifune, An application of NPD
to double-stage diamond anvil cells: XAS
spectra of rhenium metal under high pressures
above 300 GPa, High Pressure Res. 40, 119 (2020).

By working closely with the GRC, these
instruments now offer unique opportunities
for XAS studies at extremes. For example, thedetection level of highly diluted elements
contained in the diamond anvil cells (DAC)
equipped with NPDs at extremes could be
increased by more than one order of magnitudeat BM23 using µXRF. High-quality long-range
EXAFS data could be recently acquired from
diluted elements (several 100 ppm) containedin a DAC equipped with NPDs with a signal
quality comparable to that of a measurement
at ideal conditions (sample pellet at ambientconditions having an appropriate absorption
thickness). Moreover, the electronic andlocal atomic structural environment of low-Z
elements, such as Fe, are now accessible up
to the megabar pressures, which werepreviously obscured by the high-signal
absorption of diamond.
New challenges in this field of research
are currently addressed in collaboration withcolleagues at the GRC. For instance, theseconcerns the realization of XAS measurementsin the multi-megabar range, which require
special diamond designs, such as toroidal
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PRIUS 利用者の声

火星衛星 Phobos とDeimos は、火星シス
テムの起源や進化を知るための重要な情報を持っていることが期待され、JAXA の火星衛星探査計画(MartianMoons
eXploration: MMX)の探査ターゲットとなっています。MMX ミッションの大目的のひとつは、火星衛星の形成起源が、小惑星捕獲なのか巨大衝突なのかを明らかにすることです。巨大衝突説の場合、構成物質は 2000 K もの高温を経験したのち急冷することが示唆されており、構成物質
は非晶質物質（＝ガラス）になる可能性が高いです。また近年、ガラスの組成分析が可能な手法としてラマン分光が注目されており、MMX ミッショ
ンのローバーにもラマン分光器が搭載予定なのですが、火星衛星を構成しうるような超苦鉄質のガラスがどのようなラマンスペクトルを示すのかは、十分に知られていません。そこで私は、巨大衝突説で生成が予想されるガラスを合成しラ
マンスペクトル分析を行うことで、MMX ローバーが取得するラマンスペクトルに組成や形成仮説に関する示唆を与えることを目的に研究しています。
PRIUSでは、2021年11月からGRCの河野義生先生のご指導の下、浮遊ガスレーザー加熱装置を用いたガラスの合成を行っています。実はPRIUSでの実験に至るまで、私の想定した条件で物質合成できる環境を見つけるのに苦労していました。電気鉱物炉だと2000 K以上の高温が出せない、2000 K以上にできると思って使用した他機関の浮遊ガス
レーザー装置では初期物質の組成の問題なのか
うまく浮遊せずガラスが合成できない、などです。
そこでSPring-8の尾原幸治さん（大変お世話になりました）に、PRIUSの浮遊ガスレーザー装置ならレーザー出力が高く合成できるかもしれないとア
ドバイスいただき、PRIUSに辿り着きました。最初
PRIUSでも浮遊に問題がありましたが、河野先生の数多くのご指導により、初期物質の形をペレットにして整えたりノズルの大きさ・形を調整したりすることで、安定したガラス合成が行うことに成功しました。またラマン分光での分析なども進め、D論の執筆に向けて日々邁進しています。
河野先生はもちろんGRCの多くの方から、いつも実験や手続きに関する多大なるサポートをいただき大変感謝しております。今後もお世話になりますが、どうぞよろしくお願いいたします。
（ 今 村 翔 子 :東 京 工 業 大 学 地 球 生 命 研 究 所(ELSI)博士課程3年）
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PRIUS利用者の声

地球の核―マントル境界部分には地震波超低速度領域(ULVZ)と呼ばれるものが局所的に存在しています。その成因についてはいくつか候補が上がっているもののまだはっきりしたことは分っていません。その成因の新たな候補を提案するための研究を私は行っています。
2020年度までGRCに在籍していた西真之准教授
指 導 の 下 、 大 容 量 マ ルチ ア ン ビ ル プ レ ス 装 置(ORANGE-3000)を利用させていただき、下部マント
ルの温度圧力条件を実現した実験を行っています。
また、回収試料の分析にSEMを用いて元素マッピ
ングも取らせていただいています。大阪大学には巨大プレスがないため、高温高圧実験は専らPRIUSを利用して行っています。
試料は含水ブリッジマナイトと金属鉄をレイ
ヤー上に張り合わせたものを用いており、無水の環境下では見られなかった大規模な鉄―シリケイ
ト間での反応帯の形成を確認することができました。その反応が核―マントル境界でも起こっている可能性は十分あると考えており、簡単にその条件下での計算を行ったところULVZが持つ特徴的な
地震波速度及び密度を満たす反応が起こり得ることが分かりました。この結果は先日行われていた
日本地球惑星科学連合大会2022のポスターセッションにて発表させていただきました。
一方、まだ実験の回数が少ないこともあり、含水量の依存性や鉄が溶融した際に同じような反応帯が見られるのかどうかについては未だに分かっていません。今後もそれらをはじめとした疑問を解消するためにPRIUSを利用させていただきたいと考えています。
新型コロナウイルスの流行もあり県外からの受け入れのハードルの高い中、複数回PRIUSを利用させていただき、誠にありがとうございます。2022
年6月現在、日本では規制を緩和していく方向ではあるものの、愛媛県内の感染者数そのものはいわゆる「高止まり」の状態が続いていると聞いています。未だに感染者数の多い都市部からの訪問となりますので、これからも感染対策を徹底してまいります。
GRC の 施 設 を 利用させていただくにあたって入舩先生をはじめ、西原先生に桑原先生には特にお世話になっております。私の研究活動も二年目となり、以前よりは装置の扱いに慣れてきましたが、まだまだ至らぬ点も多くあります。これからもご指導、ご鞭撻のほどよろしくお願いします。
（河野克俊：大阪大学理学研究科宇宙地球科学専攻修士課程2年）

編集後記：こわごわながらのJpGU大会参加でしたが、久しぶりに多くの仲間に会えて楽しいひと時を過ごしました。大会運営委員・事務局の皆様ご
苦労さまでした。ありがとうございました（T.I& Y.M.）。

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