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大藤 弘明オオフジ ヒロアキ

所属部署
地球深部ダイナミクス研究センター
職名教授
メールアドレスohfuji.hiroaki.wn[at]ehime-u.ac.jp ※[at]を@に書き換えて送信して下さい
ホームページURLhttp://earth.sci.ehime-u.ac.jp/~ohfuji/index.html
生年月日
Last Updated :2017/08/18

研究者基本情報

経歴

  •   2016年04月,  - 現在, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授
  •   2012年04月,  - 2016年03月, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授
  •   2007年04月,  - 2012年03月, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教
  •   2005年10月,  - 2007年03月, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助手
  •   2004年11月,  - 2005年09月, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究機関研究員
  •   2004年11月,  - 2005年09月, 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 機関研究員

所属学協会

  • 日本鉱物学会
  • 日本高圧力学会
  • アメリカ地球物理学会
  • アメリカ鉱物学会

委員歴

  •   2015年09月 - 現在, 日本鉱物科学会, 理事
  •   2014年09月 - 現在, 日本鉱物科学会, 岩石鉱物科学編集委員
  •   2011年 - 2014年, 日本鉱物科学会, 評議員

研究活動情報

研究キーワード

    高圧実験, ダイヤモンドアンビルセル, 電子顕微鏡

論文

特許

  • 高圧相バルク焼結体およびその製造方法, 入舩 徹男, 大藤 弘明, 特願2013-168004, 特開2014-055099

受賞

  •   2012年09月, 日本鉱物科学会, 第12号論文賞
  •   2011年09月, 日本鉱物科学会, 第7回研究奨励賞
  •   2002年09月, Universities UK, Overseas Research Student Award

競争的資金

  • 下部マントルの化学組成と初期地球の分化過程
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(S)), 入舩 徹男, ・高温高圧下での多結晶体合成手法を確立し、様々な化学組成を持つガーネット、イルメナイト、MgSiO3およびCaSiO3ペロブスカイトの高品質多結晶体試料の合成とキャラクタリゼーションを行った。このうちイルメナイト、アルマンダイン及びメージャライトガーネット、CaSiO3ペロブスカイトに対して、マントル遷移層条件下で放射光X線その場観察及び超音波法を用いた弾性波速度精密測定を行った。これらの結果に基づき、マントル遷移層最下部の化学組成に関する制約を行った。・下部マントル上部に対応する27GPa, 2000K程度までの条件下での超音波測定技術の開発に基づき、上記で合成したMgSiO3ペロブスカイトに対する弾性波速度測定を行った。更に圧力領域を拡張するため、新しく開発されたタングステンカーバイドや、焼結ダイヤモンドアンビルを用いた超音波測定技術の開発を行った。・天然のコンドライト隕石の下部マントル条件下での溶融実験を開始した。50GPa領域までの融解関係および元素分配に関する新しい結果が得られつつあり、今後更に様々な圧力温度領域での実験を行う予定である。・焼結ダイヤモンドアンビルを用いたX線その場観察実験及び急冷回収実験の併用により、下部マントル条件下で新たな高圧型含水相(Phase H)を発見した。この結果に基づき、マントル中の水の大循環、及び最下部マントルの地震学的不均質構造に対する影響を評価した。・ヒメダイヤを用いた様々な研究を開始した。特に放射光を利用したX線吸収実験において興味ある結果が得られている。
  • 地球深部における多結晶ダイヤモンドの起源と結晶化メカニズムの解明
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(B)), 大藤 弘明
  • 高圧発生装置を用いない高圧実験法の開発
    文部科学省, 科学研究費補助金(挑戦的萌芽研究), 山本 順司, 転位はホスト鉱物の塑性変形特性を表す組織である.本研究では流体包有物周辺に見られる転位組織を様々な手法で観察した.マントルの主要構成鉱物であるオリビンと斜方輝石では,流体包有物周辺の転位組織の発達に明瞭な違いが確認できた.これは両鉱物の降伏応力の違いを反映しており,流体包有物の流体圧力の差も説明できそうである.つまり,流体包有物周辺の転位の観察は,鉱物の流動特性を探るプローブとして機能することを確認できた.
  • 六方晶ダイヤモンドのバルク焼結体合成と物性評価
    文部科学省, 科学研究費補助金(若手研究(B)), 大藤 弘明, 六方晶ダイヤモンド単相よりなる純粋なバルク焼結体の合成を目指し,主にマルチアンビル高圧装置を用いた実験的研究を展開してきた.出発物質に極めて結晶性・配向性の良いグラファイトを用い,圧力25 GPa,温度1100~1500℃の条件下で直接変換合成を行うと,未反応のグラファイトの残留物や立方晶ダイヤを全く含まない六方晶ダイヤの単相焼結体を得ることに成功した.同試料は,厚さ数~数十nmの層状ユニットよりなる層状組織をなす緻密な焼結体で,立方晶ダイヤと同等かそれを凌ぐ高い圧入硬度を有することから,新規硬質材料として期待される.
  • 上部マントルのレオロジーに与える超低歪速度の効果の検証
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(B)), 安東 淳一, オリビンの塑性変形特性に与える“超低歪速度の効果”の有無を、上部マントル起源のペリドタイトを構成しているオリビンの“変形微細組織観察”と“微小領域化学組成分析”、及び“変形実験”を通して明らかにすることを目的とした。その結果、観察した全てのペリドタイトにおいて、コットレル雰囲気に起因すると考えられる、転位線へのFeの濃集が認められた。この結果は、上部マントルのダイナミクスを解明するためには、オリビンの塑性変形特性に与える超低歪速度の影響を明らかにする必要があることを強く示唆している。変形実験に関しては、残念ながら研究期間中に成果を得る事ができなかった(現在も研究を継続させている)。
  • Fe 系物質の超高圧下での挙動と最下部マントル~内核の物質科学
    文部科学省, 科学研究費補助金(特別推進研究), 入舩 徹男, マルチアンビル装置やダイヤモンドアンビル装置による超高圧実験と第一原理計算を併用し、下部マントル深部領域から内核に至る高温高圧条件のもと、特にFe 系物質の挙動を一つの焦点とした物質科学的研究をおこなった。下部マントル領域における Fe の電子スピン状態変化が、鉱物間元素分配や密度等に及ぼす影響や、内核条件下における Fe の安定相についての重要な知見を得た。また、ナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)を利用し超高圧実験技術の開発と応用においても、大きな成果が得られた。
  • 地球内部での水及び二酸化炭素の挙動とその分布
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(A)), 井上 徹, 地球内部での水の分配や相転移境界における水の影響を明らかにし、その結果と不連続面における地震学的データを組み合わせて地球内部における含水量の推定を行った。また、スラブを構成する鉱物の脱水分解反応や状態方程式の研究、さらには鉱物組み合わせにおける水の影響の研究を遂行した。加えて、マントル鉱物中の含水量の組成依存性を考慮した研究を遂行した。含水マグマに関しては、そのマグマの含水量を温度圧力の関数として決定することを試みた。
  • 強力パルス中性子源を活用した超高圧物質科学の開拓
    文部科学省, 科学研究費補助金(学術創成研究費), 鍵 裕之, 地球深部や惑星内部に存在しうる水、氷、鉱物中の水素などの構造を解析することを目的とした超高圧条件における中性子回折実験を、J-PARCに建設された強力パルス中性子源を活用しながら実現した。体積の小さな超高圧条件の試料に効率よく中性子を集光するスーパーミラー管を新たに製作し、ナノ多結晶ダイヤモンドなどを利用した新規高圧発生装置を開発し、中性子をプローブとする超高圧物質科学の地平を拓くことに成功した。
  • ナノ多結晶ダイヤモンドアンビルを用いた超高温高圧発生-鉄の融解実験への応用-
    文部科学省, 科学研究費補助金(若手研究(B)), 大藤 弘明, 高い硬度を誇るナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)をレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルのアンビルとして使用した超高温高圧発生試験を行った.NPDアンビルを用いた場合,単結晶ダイヤを用いた従来の場合に比べて,優れた高温発生効率が得られ,約100GPa,170GPaの高圧下においてそれぞれ5000K,3500K以上の試料加熱が可能であることが分かった.また放射光を用いたその場X線回折を組み合わせることで,純鉄の融解温度を決定する実験にこのシステムが有用であることを確認した.
  • 鉱物集合ナノ・ミクロ組織にみられるフラクタル・自己組織化とそのバイオ由来への興味
    文部科学省, 科学研究費補助金(萌芽研究, 挑戦的萌芽研究), 赤井 純治, 本研究課題は、それぞれの鉱物、構成単位、の形態・構造・組織をミクロに観察し、データを得、記載することにあった。本年度は最終年度として、いくつか、まとめの段階をめざした。○とくにマンガンノジュールの薄い縞状組織の解明については、明確にストロマトライト構造といえるものを、見いだし、また、フラクタル的特徴もX線-CTによる解析、立体形態と構造を記載して。そして、バイオ起源ということを、論文として、準備した。このなかには、生成モデルも含む。一度論文投稿を行ったが、現在まだ受理されていない。これの掲載までめざす。また、これについて、さらに進んだ点を今年8月のIMA(Budapest)にて発表の予定である。○フランボイダル磁鉄鉱、黄鉄鉱についてSEMによる3次元的な形態、構造を徹底的に調べる課題;バクテリアによる生成過程を実験的に追跡し、その形態解析、集合組織を諸手段で解析し、かなりの成功をおさめた。あと一歩の詰めという段階である。あと一歩である。○ストロマトライト構造の相似律;これまで各種ストロマトライトを鉱物学の立場、バイオミネラリゼーョンの立場からみてきた。ストロマトライトのサイズ的次元の異なったものがあるということ、しかもそれが非常に強い相似形態をなしていることであり、この形態的特長をとらえることをめざしたが、なお、最まで詰めることができず、中途段階にある(新潟大 松岡篤)。○隕石中のフランボイダル磁鉄鉱を上記パイライトと同様の視点、また結晶成長の面から解析することも課題としてあげたが、今年度他の課題におわれ、十分進展はしなかった。しかし、前年までの成果がねむっているところなので、機会をえて、大展開する予定である。○隕石中の炭素鉱物の連結構造の解析は、上記、隕石中磁鉄鉱の課題とあわせて展開する。総じて、最初の課題で、発表へむけて具体的に進展しつつあるところである。
  • 2相系としてとらえた高圧下における下部マントルレオロジーの研究
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(B)), 山崎 大輔, 地球の下部マントルは主要に珪酸塩鉱物とフェロペリクレースで構成されていることから、単相ではなく2相系としてのレオロジー特性が重要であるとの認識に基づき、2相系の下部マントル岩石を実験室内で再現するために高温高圧実験を行った。実験試料の微細構造観察により、比較的低温である沈み込んでいくスラブの粘性率はフェロペリクレースのそれに制約されていること、マントル最下部で観測されている地震波速度の異方性はフェロペリクレースに起因していることを明らかにした
  • スラブ沈降・滞留過程の物質科学的モデリング
    文部科学省, 科学研究費補助金(特定領域研究), 入舩 徹男, 西山 宣正, 大型超高圧発生装置を用いた高圧技術、物性測定、放射光X線その場観察実験を結びつけ、特にマントル遷移層領域に対応する高温高圧条件下で、マントルおよびスラブを構成する物質の弾性波速度、電気伝導度、密度、変形挙動などを明らかにした。このような実験データと観測データを対比させることにより、スラブが沈み込む場であるマントル遷移層の化学組成や水の存在量に重要な制約を与えるとともに、スラブ沈降および滞留過程の物質科学的モデルを提示した。
  • フランボイダルパイライトにおける20面体構造の構造意義および形成メカニズムの検討
    文部科学省, 科学研究費補助金(若手研究(B)), 大藤 弘明, 本課題では,天然に産する唯一の20面体微粒子集合体である20面体フランボイダルパイライト(以下,FP)の構造意義,および形成条件や自己組織化作用について鉱物学的,結晶学的見地より検討を行った.本年度は,新潟県白根市産の20面体FPについて後方散乱電子線回折法を用いた結晶方位分析を行い,20面体構造を構成する4面体ユニット内においてマイクロクリスタル(以下,MC)が,互いに直行する2方向の格子選択配向を示すことを確認した.選択配向は,ユニット内で立方充填したMCの幾何学的特徴(4回対称)に由来しており,20面体構造がMCの凝集プロセスによって形成されたことを裏付けた.また,世界各地より集めた20面体FPについて微細組織観察を進めたところ,フランボイドの最外殻に位置するMCに,不完全成長痕や中空構造(溶解痕)が認められることを明らかにした.これらの痕跡は,FP形成時に,FPと周囲の溶液との界面に極めてシャープな化学濃度勾配(FeSやH_2S,HS^-などのイオン濃度勾配)や物理的な被覆物質(バイオフィルムなど)が存在していたことを示唆する重要な証拠である.また,これらが多くの20面体FPに共通して認められることから,FP/溶液界面における物理化学的障壁の存在が,20面体構造の形成に大きな役割を果たしている可能性が示唆された.実際,単分散コロイド系における研究では,不混和境界面を持つ2液体がコロイド粒子に求心力(凝集力)を与え,さらにその凝集物が高次の対称性を示す例が知られており,20面体FPの形成も同様のメカニズムで説明できるかもしれない.これらの成果は,地球惑星科学連合大会にて発表され,国際誌へも投稿される予定である.また,天然におけるパイライト,FeS_2の前駆体物質と考えられるFeSについても,高温高圧下における物質化学的挙動を実験的に調べ,その成果を2編の論文にまとめた.
  • 放射光と超高圧技術による地球深部物質の探査
    文部科学省, 科学研究費補助金(学術創成研究費), 入舩 徹男, 放射光と超高圧発生技術の組み合わせによる地球深部の物質学の新たな展開を目指し、(1)焼結晶ダイヤモンドアンビルを利用したマルチアンビル装置による70万気圧領域の高圧発生技術、(2)超音波測定法による20万気圧領域での弾性波速度精密測定技術の開発をおこなった。この結果(1)に関しては当初の目標を上回る80万気圧領域の超高圧発生に成功し、下部マントル上部〜中部領域に相当する圧力・温度条件下でのマントル物質の新たな相転移の発見や、精密な状態方程式の決定をおこなった。また、(2)に関しても当初の目標を達成し、20万気圧・1700Kというマントル遷移層中部に対応する高温高圧下で、マントルおよび沈み込むスラブ関連物質の弾性波速度を決定した。特にマントル遷移層で重要な高圧相であるリングウッダイトとメージャライトの弾性波速度を精密に決定し、得られたデータを基にしてマントル遷移層の化学組成に重要な制約を与えた。また、同様の手法を用いてMgOの弾性波速度と格子体積の同時測定をおこない、これらの実験データから新たな状態方程式を構築し、絶対圧力スケールを提案した。一方で、申請者らが開発した世界最硬ナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)を高圧装置に応用し、放射光実験により発生圧力の評価をおこなった。ヒメダイヤはマルチアンビル装置とダイヤモンドアンビル装置の各々に対して、アンビル材料として利用を試みた。この結果、それぞれ110GPaおよび220GPa程度の圧力発生が確認され、今後の本格的利用におけるこの新しい材料のポテンシャルの高さを示した。
  • 地球深部鉱物の物性とその水の影響
    文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(B)), 井上 徹, 本研究では高温高圧実験という手段を用いて、地球深部鉱物の物性とその水の影響について明らかにした。実験は急冷回収実験とともに、放射光X線その場観察実験により行われた。我々の研究により、olivineの高圧相であるwadsleyiteやringwooditeには2-3wt%もの水が結晶構造中に含まれうることが明らかになっているが、その分配については明らかにされていない。そこで、相転移が起こる圧力下での実験を行うことによって、これらの相間の水の分配を明らかにした。これによりマントル遷移層に極めて卓越的に水が分配されることが明らかになった。これに加えて、これらの含水鉱物hydrous wadsleyite, hydrous ringwooditeの熱弾性的性質を求めるべく、熱膨張測定、及び弾性定数の測定も行った。これらのデータを用いて、410km不連続面の地震波速度ジャンプ量と比較して、マントル遷移層中の含水量を見積もった。このマントル中の含水量を推定する研究はさらに地震学者との共同研究という形で進展した。さらに放射光X線を用いた研究では、高圧含水鉱物の熱弾性的性質やその脱水分解反応を見るために、カプセルに封入した状態でのデータ収集を試みた。これには貴金属でも比較的原子番号の小さいAgPd合金を用い、十分解析に耐えうるスペクトルが得られることを確認し、superhydrous phase Bの実験に適用した。しかしながら、このカプセルでは、まだX線の吸収が大きく、更なる含水系の実験カプセルとして、単結晶ダイヤモンドスリーブと貴金属キャップという複合カプセルを考案し、含水マグマの構造解析の実験に用いるとともに、最近では脱水分解反応の時分割測定にも威力を発揮することを示してきている。


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