先端研究院
地球深部ダイナミクス研究センター
English
更新日：2024/12/11
助教
ｸﾜﾊﾗ　ﾋﾃﾞﾊﾙ
桑原　秀治

経歴

  1. 2015/04-2016/06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)
  2. 2016/07-2017/03愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター日本学術振興会特別研究員(PD)
  3. 2017/04-2018/03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
  4. 2018/04-2020/03愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター日本学術振興会特別研究員(PD)
  5. 2020/04-2021/02岡山大学惑星物質研究所特任助教
  6. 2021/03-2024/02愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター助教
  7. 2024/03-現在愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター特任講師

学歴

  1. 横浜国立大学2006/042011/03
  2. 東京大学大学院2011/042013/03
  3. 東京大学大学院2013/042016/06

学位

  1. 博士(科学)東京大学2016/06

研究分野

  1. 自然科学一般宇宙惑星科学比較惑星学
  2. 自然科学一般固体地球科学高圧地球科学

共同研究・競争的資金等の研究課題

  1. 日本学術振興会科学研究費助成事業超高圧融解実験と放射光軟X線分光分析による地球マントル酸化還元度の解明基盤研究(B)2024/04-2027/03
  2. 日本学術振興会科学研究費助成事業 基盤研究(B)地球深部の水の拡散・移動特性の解明基盤研究(B)2022/04-2026/03
  3. 日本学術振興会科学研究費助成事業 基盤研究(S)川井型マルチアンビル装置による深部マントル研究の新展開基盤研究(S)2021/07-2026/03大容量川井型マルチアンビル装置（KMA）の最近の技術革新により、今まで困難であった圧力、温度での高圧実験を展開できるようになったことを背景に、KMAの特性を最大限に活かすことでマントルの未解決の諸問題に様々な角度から取り組む研究課題である。マントルの強親鉄元素の高濃度異常の原因として提唱されているレイトベニア仮説論争の検証、下部マントルに存在するとされる始原的リザーバーの起源を解明するために、超高圧下における分配実験、変形実験、熱電測定といった新しい視点の実験から制約する。これらの結果を整合的に説明できる統合的なマントル進化モデルを創出することが本研究の目的となる。 本年度は、本研究の多角的アプローチのうち以下の３つの研究において成果を得ることができた。１）レイトベニア仮説を検証するために高圧下での溶融鉄とケイ酸塩メルト間の強親鉄元素の分配実験を圧力25GPaで行い、回収試料の分析を東京大学平田研究室のレーザーアブレーションICP-MSで行った。先行研究における川井型マルチアンビル装置での最高圧力実験である18GPaの圧力の結果と異なり、強親鉄元素はケイ酸塩メルトにより分配される結果が得られた。２）始原的リザーバーの存在がBEAMSモデルで説明できるかを検証するための試験的に低歪量の高圧変形実験を行った。ブリッジマナイトとポストスピネルを直列に接した一軸圧縮実験を行ったところ、両者に違いは見られなかった。また、ブリッジマナイト単相の構成則を決定し、ブリッジマナイトがマントル主要鉱物で最も硬いことを明らかにした。３）下部マントルと核の間の熱交換を制約するため、パルス加熱法による熱伝導度測定でブリッジマナイトの熱伝導度の組成依存性を決定したところ、今までの研究に比較して、AlやFeといった主要な不純物は大きく熱伝導度を下げることが確認された。
  4. 日本学術振興会科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)鉱物－マグマ間の2価鉄および3価鉄分配の決定とマントル酸化還元度進化モデルの構築挑戦的研究(萌芽)2021/07-2024/03本研究は地球上部マントルおよび下部マントルの酸化鉄の価数分布に制約を加えることを目的としている。本年度はマントル形成前段階の金属核形成期におけるマグマオーシャン中の酸化鉄の価数に関する実験的制約を行った。具体的には圧力16～28 GPaの条件において、金属鉄共存下における橄欖岩、玄武岩組成マグマの2価鉄の不均化反応を制約した。その結果、圧力20GPa付近において2価鉄の不均化反応が急激に起こり始め、28GPaでは最大約40mol%のFe3+が金属鉄共存下においても2価鉄の不均化反応によって生成することが明らかとなった。この値は地球上部マントルの値に比べ、一桁程度高く、金属鉄がマグマオーシャンから効率よく除去された場合、非常に酸化的なマグマオーシャンが形成されたことを示唆する。 また、マグマオーシャン固化過程における鉱物－マグマ間の2価鉄と3価鉄の分配を調べる前段階として、予備的な実験を行った。具体的には地球の主要材料物質と考えられているエンスタタイトコンドライトを基にしたマントル(Javoy et al., 2010)に関する融解相関係を下部マントル圧力条件(23～27GPa)において実験的に制約し、部分溶融温度条件およびリキダス相を明らかにした。その結果、当該圧力条件においてフェロペリクレースがリキダス相である橄欖岩に対し、エンスタタイトコンドライト的な物質から成るマグマオーシャンではブリッジマナイトがリキダス相となることが明らかとなった。
  5. 日本学術振興会科学研究費助成事業 基盤研究(B)核－マントル間の炭素同位体分別係数の決定：地球内部炭素循環の解明に向けて基盤研究(B)2020/04-2024/03本年度は前年度で行った圧力2GPa、温度1650℃の条件における金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素同位体分別実験の回収試料分析(エネルギー分散型X線分光器による主成分分析、ラマン分光測定によるケイ酸塩中の炭素分子種の同定、二次イオン質量分析による炭素同位体比測定)を行った。主成分元素について、一部試料中の金属鉄と外側に配置した白金カプセルとの反応が見られた。ラマン分光測定ではケイ酸塩中の炭素濃度が低く、分子種の同定ができない試料も一部あったが、CH結合や元素状Cに由来するピーク(1300cm-1と2900cm-1付近)を確認した。この結果は先行研究とも調和的である。また、二次イオン質量分析によって金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素同位体分別係数(Δ13Cmetal-silicate)について、ケイ酸塩側が非常に軽い炭素に富む約+800～1400‰という値が得られた。一部の試料については同位体比の分布が非常に不均質であったため、測定対象からは除外した。本年度得られたΔ13Cmetal-silicate値は先行研究における液体鉄－グラファイトもしくはダイヤモンドの値(-2～-4‰)と比較して異常に高い結果であった。 第一原理計算による研究では、本年度はCO2分子の交換反応を仮定した金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配係数を圧力135GPa、温度5000Kの条件で調べた。その結果、ケイ酸塩中の酸化鉄が増加するとともに炭素の親鉄性が増し、金属鉄中の酸素量が増加するとともに炭素の親鉄性が減少することが明らかとなった。第一原理計算から得られた金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配係数は最近のダイヤモンドアンビルセルを用いた実験の外挿値と調和的な値であった。
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論文

  1. Extensive iron–water exchange at Earth’s core–mantle boundary can explain seismic anomalies2024/10/15Katsutoshi Kawano Masayuki Nishi Hideharu Kuwahara Sho Kakizawa Toru Inoue Tadashi KondoNature Communications15, 8701URL
  2. Sound velocities in lunar mantle aggregates at simultaneous high pressures and temperatures: Implications for the presence of garnet in the deep lunar interior2024/09Marisa C. Wood Steeve Gréaux Yoshio Kono Sho Kakizawa Yuta Ishikawa Sayako Inoué Hideharu Kuwahara Yuji Higo Noriyoshi Tsujino Tetsuo IrifuneEarth and Planetary Science Letters641, 118792-118792研究論文（学術雑誌）10.1016/j.epsl.2024.118792Elsevier BV
  3. Hf-W dating of zircon in mesosiderite with high-pressure sintered standard2024/04/23Yuji Sano Yuta Koyama Naoto Takahata Takuya Matsuzaki Mizuho Koike Makiko K. Haba Shuhei Sakata Hideharu Kuwahara Tetsuo IrifuneJournal of Analytical Science and Technology15/ 1研究論文（学術雑誌）10.1186/s40543-024-00438-0URLURL_2Springer Science and Business Media LLCAbstract New standard zircons applicable to in situ analysis of Hf/W ratio by Nanoscale secondary ion mass spectrometer (NanoSIMS) were prepared and applied to Hf-W dating of a differentiated meteorite classified as mesosiderite. The standard zircons were synthesized by high-pressure experiment from starting materials which were mixture of hafnium oxide, tungsten oxide and high-purity zircon powder. The mixed powders were stirred and pulverized by a high-energy ball mill. They were then sintered at 1000 °C and 6 GPa using multi-anvil apparatus. Homogeneity of Hf/W ratios of synthesized zircons was examined by SEM–EDS, EPMA, and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (LA-ICPMS). Hf/W ratios of the same zircons were measured by a NanoSIMS with 2 nA oxygen primary beam and mass resolving power of 10,000. The relative sensitivity factor (RSF) of Hf/W ratio was determined by comparing zircon data measured by LA-ICPMS and NanoSIMS. Observed RSF (Hf/W) of zircon is 0.585 ± 0.180 (hereafter all error 2σ) consistent with 0.855 ± 0.468 of previous work within experimental error margin. The value is higher than observed RSF of glass matrix, 0.301 ± 0.062, and significantly higher than glass data of 0.21–0.22 in references. Based on the RSF, the Hf/W ratios of zircons extracted from mesosiderite “Asuka 882,023” were measured together with W isotopic compositions by NanoSIMS. Observed data in 180Hf/186W–182W/186W diagram are fitted by a straight line, yielding a slope (182Hf/180Hf) of 8.19 ± 3.50 × 10–6. This slope is converted into an absolute zircon Hf-W age of 4536.5+4.6–7.2 Ma using the age anchor of CV3 chondrite. This age agrees well with a reference value of 4532.0+11.4–20.8 Ma.
  4. Experimental investigation of first-row transition elements partitioning between olivine and silicate melt: Implications for lunar basalt formation2024/03Jie-Jun Jing Ben-Xun Su Jasper Berndt Hideharu Kuwahara Wim van WestrenenGeochimica et Cosmochimica Acta373, 211-231研究論文（学術雑誌）10.1016/j.gca.2024.03.028Elsevier BV
  5. Partial melt composition of enstatite chondritic mantle around the rheological transition at 23 GPa: Implications for the chemical differentiation of the Earth's mantle2023/11Hideharu KuwaharaPhysics of the Earth and Planetary Interiors研究論文（学術雑誌）10.1016/j.pepi.2023.107123
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担当授業科目

  1. 2024先端研究入門Ａ
  2. 2024基礎地学実験
  3. 2024先端研究入門Ａ
  4. 2024地球科学特別演習Ⅰ
  5. 2024地球科学特別演習Ⅱ
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社会貢献活動

  1. 愛媛大学研究室体験2021/12/23-2021/12/24
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所属学協会

  1. 日本地球化学会
  2. 日本地球惑星科学連合
  3. 2024/10/01-現在日本高圧力学会
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担当経験のある科目

  1. 先端研究入門A愛媛大学2024/04-現在
  2. 基礎地学実験愛媛大学2023/07-現在
  3. 地球科学実験愛媛大学2021/04-現在
  4. 地球物理学実験愛媛大学2021/10-現在
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