Updated on 2022/10/02

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Sakurai Moe
 
Organization
Faculty of Natural Science and Technology Special-Appointment Assistant Professor
Position
Special-Appointment Assistant Professor
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Degree

  • PhD of Science ( 2016.3   Tokyo Institute of Technology )

  • Master of Science ( 2013.3   Tokyo Institute of Technology )

Research Interests

  • 地球内部物理学

  • 実験岩石学

  • 水素挙動

  • マントル

  • 高圧実験

Research Areas

  • Natural Science / Solid earth sciences

Education

  • Tokyo Institute of Technology   大学院理工学研究科   地球惑星科学専攻

    2013.4 - 2016.3

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    Country: Japan

    Notes: 博士課程

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  • Tokyo Institute of Technology   大学院理工学研究科   地球惑星科学専攻

    2011.4 - 2013.3

      More details

    Country: Japan

    Notes: 修士課程

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  • Tokyo Institute of Technology   理学部   地球惑星科学科

    2007.4 - 2011.3

      More details

    Country: Japan

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Research History

  • Okayama University   学術研究院自然科学学域(理)

    2022.4

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    Country:Japan

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  • Okayama University   The Institute for Planetary Materials

    2016.4 - 2019.3

      More details

    Country:Japan

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  • Yale University   Research Associate

    2016.4 - 2016.12

      More details

    Country:United States

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  • Tokyo Institute of Technology   Graduate School of Science and Engineering   日本学術振興会特別研究員(DC1)

    2013.4 - 2016.3

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    Country:Japan

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Professional Memberships

Committee Memberships

  • 日本高圧力学会   第59回高圧討論会 実行委員  

    2017.11 - 2018.11   

      More details

    Committee type:Academic society

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Papers

  • Exploration of the best reference material on anelastic measurement by cyclic loading under high pressure Reviewed

    Chao Liu, Takashi Yoshino, Daisuke Yamazaki, Noriyoshi Tsujino, Hitoshi Gomi, Moe Sakurai, Youyue Zhang, Ran Wang, Longli Guan, Kayan Lau, Yoshinori Tange, Yuji Higo

    High Pressure Research   42 ( 1 )   14 - 28   2022.1

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    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Informa UK Limited  

    Anelastic measurement by cyclic loading under high pressure has been developed by means of in situ X-ray observation at a synchrotron facility. In this method, the reference material is a key factor to precisely determine attenuation and moduli of unknown materials. We compared the performance of three types of reference materials (dense polycrystalline alumina, alumina single-crystal parallel to c-axis, and flexible graphite) under the pressure of 3 GPa and the temperature range between 1173 and 1373 K. The phase lags of strain between reference materials and samples show that the flexible graphite is less attenuated than dense polycrystalline alumina and alumina single crystal in various periods. The strain ratios show that the flexible graphite is much softer and can produce the measurable strain in the limited displacement. The flexible graphite, as reference material, is more excellent to detect the relatively lower energy dispersion of mantle minerals at high pressure.

    DOI: 10.1080/08957959.2021.2013834

    Web of Science

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  • Phase transition of wadsleyite-ringwoodite in the Mg2SiO4-Fe2SiO4 system Reviewed

    Noriyoshi Tsujino, Takashi Yoshino, Daisuke Yamazaki, Moe Sakurai, Wei Sun, Fang Xu, Yoshinori Tange, Yuji Higo

    American Mineralogist   104 ( 4 )   588 - 594   2019.4

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Mineralogical Society of America  

    The Fe-bearing wadsleyite-ringwoodite phase transition loop under dry conditions in a temperature range of 1473 and 1873 K was determined by in situ X-ray diffraction experiments at the synchrotron facility SPring-8. Pressure at high temperature was precisely determined within a 0.23 GPa error using in situ X-ray diffraction of MgO as a pressure standard. Under dry conditions, assuming an equilibrium chemical composition of wadsleyite and ringwoodite coexisting with garnet in a pyrolite model and an adiabatic temperature gradient with a potential temperature of 1550-1650 K, the phase transition depth and effective width of the seismic discontinuity were found to be 500-514 and 20-22 km, respectively. This effective width, which is three times greater than that of the olivine-wadsleyite phase boundary, can reflect a seismic wave of approximately 0.25 Hz. The wider transition loop between wadsleyite and ringwoodite could create a broad seismic discontinuity. Considering wet and oxidized conditions, the depth of the wadsleyite-ringwoodite phase boundary could be greater than 520 km assuming the small temperature dependency on water and oxygen fugacity effects. Variation in the depth of seismic anomaly may be attributed to water content or oxygen fugacity of the transition zone.

    DOI: 10.2138/am-2019-6823

    Web of Science

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  • High-pressure generation in the Kawai-type multianvil apparatus equipped with tungsten-carbide anvils and sintered-diamond anvils, and X-ray observation on CaSnO3 and (Mg,Fe)SiO3 Reviewed

    Daisuke Yamazaki, Eiji Ito, Takashi Yoshino, Noriyoshi Tsujino, Akira Yoneda, Hitoshi Gomi, Jaseem Vazhakuttiyakam, Moe Sakurai, Youyue Zhang, Yuji Higo, Yoshinori Tange

    Comptes Rendus Geoscience   351 ( 2-3 )   253 - 259   2019.2

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.crte.2018.07.004

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  • A nearly water-saturated mantle transition zone inferred from mineral viscosity Reviewed

    Hongzhan Fei, Daisuke Yamazaki, Moe Sakurai, Nobuyoshi Miyajima, Hiroaki Ohfuji, Tomoo Katsura, Takafumi Yamamoto

    Science Advances   3 ( 6 )   2017.6

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:American Association for the Advancement of Science (AAAS)  

    The mantle transition zone contains 1 to 2 weight % water based on the viscosity difference between ringwoodite and bridgmanite.

    DOI: 10.1126/sciadv.1603024

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  • Towards a consensus on the pressure and composition dependence of sound velocity in the liquid Fe–S system Reviewed

    Keisuke Nishida, Akio Suzuki, Hidenori Terasaki, Yuki Shibazaki, Yuji Higo, Souma Kuwabara, Yuta Shimoyama, Moe Sakurai, Masashi Ushioda, Eiichi Takahashi, Takumi Kikegawa, Daisuke Wakabayashi, Nobumasa Funamori

    Physics of the Earth and Planetary Interiors   257   230 - 239   2016.8

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.pepi.2016.06.009

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  • 二次元単色X線回折を用いたカンラン石の粒成長カイネティクス Reviewed

    N. Tsujino, F. Noritake, M. Sakurai, Y. Higo, K. Funakoshi, E. Takahashi

    SPring-8 Section A: Scientific Research Report   4 ( 2 )   161 - 165   2016.7

     More details

    Language:Japanese  

    J-GLOBAL

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  • Elastic wave velocity anomalies of anorthite in a subducting plate: In situ experiments Reviewed

    Kyoko N. Matsukage, Yu Nishihara, Fumiya Noritake, Katsuyuki Kawamura, Noriyoshi Tsujino, Moe Sakurai, Yuji Higo, Junichi Nakajima, Akira Hasegawa, Eiichi Takahashi

    American Mineralogist   100 ( 8-9 )   1856 - 1865   2015.8

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Mineralogical Society of America  

    To understand the origin of observed low velocities in the crustal portion of subducting plates, we performed in situ measurements of elastic wave velocities of anorthite at temperatures up to 1373 K at pressure of similar to 1 GPa and up to 773 K at 2.0-7.0 GPa. A fine-grained polycrystalline anorthite, which was synthesized using a gas pressure apparatus, was used for the measurements. The high-pressure experiments were performed using the multi-anvil apparatus installed on beamline BL04B1 at SPring-8. The elastic wave velocity was measured by the ultrasonic pulse method with synchrotron X-ray radiographic imaging and X-ray diffraction techniques. At similar to 1.0 GPa, elastic wave velocities exhibited a sharp temperature-induced kink at similar to 500 K. Below 500 K, the elastic wave velocities decrease with increasing temperature. In contrast, above 500 K, the elastic wave velocities show an increasing trend in the range of 500-900 K, and then revert back to a decreasing trend at above 900 K. We also found a pressure-induced velocity anomaly of anorthite. At 300-373 K, v(p) is constant up to 4 GPa, but decrease above 4 GPa with increasing pressure, while vs decreases monotonously with increasing pressure. These elastic anomalies are considered to be attributable to the tilting behavior of the corner-sharing TO4 (T = Al, Si) tetrahedra in three-dimensional frameworks of anorthite. Our results suggest the presence of plagioclase feldspar has the potential to causes low-velocity anomaly in the subducting oceanic crust when it survives as a metastable phase in the slab at higher pressure and lower temperature conditions.

    DOI: 10.2138/am-2015-5240

    Web of Science

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  • Effects of Al content on water partitioning between orthopyroxene and olivine: Implications for lithosphere–asthenosphere boundary Reviewed

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino, Hiroshi Sakuma, Katsuyuki Kawamura, Eiichi Takahashi

    Earth and Planetary Science Letters   400   284 - 291   2014.8

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.epsl.2014.05.041

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  • Determination of Hydrogen Atoms Position in Enstatite by IR Spectra Invited Reviewed

    Moe SAKURAI, Hiroshi SAKUMA, Noriyoshi TSUJINO, Eiichi TAKAHASHI, Katsuyuki KAWAMURA

    Journal of Computer Chemistry, Japan   13 ( 3 )   169 - 170   2014

     More details

    Authorship:Lead author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)   Publisher:Society of Computer Chemistry Japan  

    DOI: 10.2477/jccj.2014-0023

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MISC

  • TEM観察による高圧その場IR測定実験回収試料の応力測定

    櫻井萌, 辻野典秀

    高圧討論会講演要旨集   59th   2018

  • マントル無水鉱物中の水素位置の特定に向けて

    櫻井萌, 辻野典秀, 鈴木敏弘, 芳野極

    高圧討論会講演要旨集   58th   2017

  • 上部マントル無水鉱物高圧その場IR測定

    櫻井萌, 辻野典秀, 舘野繁彦, 鈴木敏弘, 芳野極, 河村雄行, 高橋栄一

    高圧討論会講演要旨集   56th   2015

  • 斜方輝石中の水素挙動:Alの固溶による影響

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本鉱物科学会年会講演要旨集   2014   2014

  • 上部マントル無水鉱物圧力その場IR実験の試み

    櫻井萌, 辻野典秀, 舘野繁彦, 鈴木敏弘, 芳野極, 河村雄行, 高橋栄一

    高圧討論会講演要旨集   55th   2014

  • マントル遷移層におけるペリドタイトと共存する無水鉱物の水の溶解度

    芳野極, 櫻井萌, 坂本直哉, 圦本尚義

    高圧討論会講演要旨集   55th   2014

  • 斜方輝石の含水メカニズム:IRスペクトルによる水素位置決定

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本コンピュータ化学会年会講演予稿集   2014   2014

  • Determination of Hydrogen Atoms Position in Enstatite by IR Spectra

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    Journal of Computer Chemistry, Japan (Web)   13 ( 3 )   2014

  • 斜方輝石のIRスペクトルの第一原理計算:元素置換による変化の考察

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本コンピュータ化学会年会講演予稿集   2013   2013

  • 斜方輝石の水素位置:IRスペクトルからの考察

    櫻井萌, 辻野典秀, 佐久間博, 河村雄行, 高橋栄一

    高圧討論会講演要旨集   54th   2013

  • 上部マントル条件下でのカンラン石-斜方輝石の水分配

    櫻井萌, 佐久間博, 高橋栄一, 辻野典秀, 河村雄行

    高圧討論会講演要旨集   53rd   2012

  • カンラン石-斜方輝石間の水の分配におけるFe・Alの効果

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本鉱物科学会年会講演要旨集   2011   2011

  • カンラン石-斜方輝石間の水の分配における圧力の効果

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    高圧討論会講演要旨集   52nd   2011

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Presentations

  • Pressure effect on IR spectra of anhydrous minerals

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino

    Joint symposium of Misasa 2019 & CMC  2019.3 

     More details

    Event date: 2019.3.18 - 2019.3.21

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • Mechanisms of hydrogen incorporation in olivine

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino, Shun-ichiro Karato, B. Karki

    AGU Fall meeting 2016  2016.12 

     More details

    Event date: 2016.12.12 - 2016.12.16

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • TEM観察による高圧その場IR 測定実験回収試料の応力測定

    櫻井萌, 辻野典秀

    第59回高圧討論会  2018.11.27 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • TEM observation in the samples of high-pressure in-situ IR experiments

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino, Hiroaki Ohfuji

    Japan Geoscience Union Meeting 2018  2018.5.21 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • マントル無水鉱物中の水素位置の特定に向けて

    櫻井萌, 辻野典秀, 鈴木敏弘, 芳野極

    第58回高圧討論会  2017.11.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • ブリッジマナイトのクリープ強度

    辻野典秀, 山崎大輔, 櫻井萌, 肥後祐司, 丹下慶範

    第58回高圧討論会  2017.11.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • ブリッジマナイトのその場応力―歪測定 Invited

    JpGU-AGU Joint Meeting 2017  2017.5.22 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

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  • In-situIR hihg pressure experiment on hydrous forsterite

    M. Sakurai, N. Tsujino, S. Tateno, T. Suzuki, T. Yoshino, K.Kawamura, E. Takahashi

    JpGU-AGU Joint Meeting 2017  2017.5.20 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 上部マントル無水鉱物高圧その場IR測定

    櫻井萌, 辻野典秀, 舘野繁彦, 鈴木敏弘, 芳野極, 河村雄行, 高橋栄一

    第56回高圧討論会  2015.11.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • Effect of aluminum on changing hydrous mechanism of enstatite: estimated by FT-IR spectra

    Moe Sakurai, Hiroshi Sakuma, Noriyoshi Tsujino, Eiichi Takahashi, Katsuyuki Kawamura

    Goldschmidt2015  2015.8 

     More details

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • In situ high pressure IR spectroscopic observations on the upper mantle anhydrous minerals using diamond anvil cell

    M. Sakurai, N. Tsujino, S. Tateno, T. Suzuki, T. Yoshino, K.Kawamura, E. Takahashi

    Japan Geoscience Union Meeting  2015.5 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • 上部マントル無水鉱物圧力その場IR実験の試み

    櫻井萌, 辻野典秀, 舘野繁彦, 鈴木敏弘, 芳野極, 河村雄行, 高橋栄一

    第55回高圧討論会  2014.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 斜方輝石中の水素挙動:Alの固溶による影響

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本鉱物科学会2014年年会  2014.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 斜方輝石の含水メカニズム:IR スペクトルによる水素位置決定

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本コンピュータ化学会2014 年春季年会  2014.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 斜方輝石-カンラン石間の水の分配に与えるAl の効果:リソスフェア-アセノスフェア境界に関する考察

    櫻井萌, 辻野典秀, 佐久間博, 河村雄行, 高橋栄一

    日本地球惑星科学連合2014年大会  2014.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 斜方輝石の水素位置:IRスペクトルからの考察

    櫻井萌, 辻野典秀, 佐久間博, 河村雄行, 高橋栄一

    第54回高圧討論会  2013.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 斜方輝石-カンラン石間の水の分配に与えるAlの効果:上部マントルダイナミクスへの考察

    櫻井萌, 辻野典秀, 佐久間博, 河村雄行, 高橋栄一

    日本地球惑星科学連合2013年大会  2013.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 斜方輝石のIR スペクトルの第一原理計算:元素置換による変化の考察

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本コンピュータ化学会2013 年春季年会  2013.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • エンスタタイト中の水素:密度汎関数理論に基づいた研究

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本地球惑星科学連合2013年大会  2013.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 最上部マントル鉱物における水素の挙動:実験および電子状態計算

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    地殻流体研究会2013  2013.3 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • 上部マントル条件でのカンラン石-斜方輝石の水分配

    櫻井萌, 辻野典秀, 河村雄行, 佐久間博, 高橋栄一

    第53回高圧討論会  2012.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • 第一原理計算による斜方輝石中のOH振動スペクトルの再現

    櫻井萌, 佐久間博, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    第26回分子シミュレーション討論会  2012.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • Effect of Al content on water partitioning between olivine and orthopyroxene

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino, Eiichi Takahashi, Katsuyuki Kawamura

    Joint 2012 COMPRES Annual Meeting and High-Pressure Mineral Physics Seminar-8  2012.7 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • カンラン石-斜方輝石間の水の分配に与えるAl濃度および酸素雰囲気の効果

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本地球惑星科学連合大会 2012年大会  2012.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • Effect of Al content and oxygen fugacity on water partitioning between olivine and orthopyroxene」 『Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2 Dynamics and Evolution of the Earth's Interior: special emphasis on the role of fluids

    Moe Sakurai, Noriyoshi Tsujino, Eiichi Takahashi, Katsuyuki Kawamura

    Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2 Dynamics and Evolution of the Earth's Interior: special emphasis on the role of fluids  2012.3 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • カンラン石-斜方輝石間の水の分配における圧力効果

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    第52回高圧討論会  2011.11 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • カンラン石-斜方輝石間の水の分配におけるFe・Alの効果

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本鉱物科学会 2011年年会  2011.9 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Poster presentation  

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  • マントル無水鉱物間の水の分配:高圧実験とFT-IR分析

    櫻井萌, 辻野典秀, 高橋栄一, 河村雄行

    日本地球惑星科学連合大会 2011年大会  2011.5 

     More details

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

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  • Water partitioning between nominally anhydrous mantle minerals: Experimental study with FT-IR analysis

    Sakurai M, Tsujino N, Takahashi E, Kawamura K

    First International Symposium on Geofluids Geofluid Processes in Subduction Zones and Mantle Dynamics 

     More details

    Language:English   Presentation type:Poster presentation  

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  • Grain-growth kinetics of olivine at high pressure using monochromatic X-ray diffraction.

    Noriyoshi Tsujino, Eiichi Takahshi, Moe Sakurai, Daisuke Tanaka

    First International Symposium on Geofluids Geofluid Processes in Subduction Zones and Mantle Dynamics 

     More details

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Awards

  • 第35回井上学術奨励賞

    2019.2   井上科学振興財団  

    櫻井 萌

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  • Goldschmidt2015 Student Ambassadors選出

    2015.8   Goldschmidt  

    櫻井 萌

     More details

  • 第55回高圧討論会ポスター賞

    2014.11   日本高圧力学会  

    櫻井 萌

     More details

  • 第29号日本鉱物科学会ポスター研究発表 最優秀賞

    2014.9   日本鉱物科学会  

    櫻井 萌

     More details

  • 日本学生支援機構奨学金 特に優れた業績をあげた大学院生に対する返還免除 全額免除

    2013.6   日本学生支援機構  

    櫻井 萌

     More details

  • 修士副総代

    2013.3   東京工業大学大学院理工学研究科地球惑星科学専攻  

    櫻井 萌

     More details

  • 東京工業大学130周年記念博士進学エンカレッジ奨学金採用

    2012.12   東京工業大学  

    櫻井 萌

     More details

  • 地球惑星科学連合大会 固体地球科学セクション 学生優秀発表賞

    2012.6   日本地球惑星科学連合  

    櫻井 萌

     More details

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Research Projects

  • 非含水主要マントル鉱物の水素位置の特定とそのレオロジー特性の解明

    Grant number:18H01314  2018.04 - 2022.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    辻野 典秀, 山崎 大輔, 芳野 極, 米田 明

      More details

    Authorship:Collaborating Investigator(s) (not designated on Grant-in-Aid) 

    Grant amount:\17290000 ( Direct expense: \13300000 、 Indirect expense:\3990000 )

    水がカンラン石のレオロジーに大きな影響を与えることが示されてから、30年以上にわたってマントル鉱物のレオロジーへの水の効果は多くの研究者によって調べられてきている。しかしながら、報告された結果には一貫性がなく、マントルダイナミクスへの水の効果を定量的に応用する段階にないのが現状である。その主な原因は、ほとんどの研究で全含水量をパラメータとした議論に限定されてきたため、マントル鉱物のレオロジーに対する水素の結晶学的配置の影響が全く考慮されてこなかった点にあると考えられる。また、遷移層・下部マントルに至っては、レオロジーに関する研究が限られており、水の影響を議論するに至っていない。本研究は、FTIRで観測されるいくつかのOH伸縮バンドがそれぞれの水素位置を反映していることに着目して、上部マントルから下部マントルまでの主要鉱物について水素位置を特定し、レオロジーに与える水の影響を結晶学的に解明することを目的とする。
    2020年度は第一に、下部マントルまでの高圧マントル鉱物の大型(mm級)単結晶合成技術の確立とダイヤモンドアンビルセルでの高圧下での鉄を含むブリッジマナイト単結晶のIR測定を行った。その結果本研究で合成された鉄及び約20wt.ppmの水を含むブリッジマナイトは、OHバンド(3390/cm)はb軸方向に配向していること、そのOHバンドの圧力依存性はウォズレアイトの低波数側のOHバンド(3340/cm)とほぼ同程度であることが明らかとなった。さらに、レオロジーに与える水の影響を明らかにするために、カンラン石と斜方輝石間の相対粘性率差を明らかにするための変形実験技術の基礎の構築と乾燥状態での相対粘性率差の測定を行った。その結果、最近報告されている斜方輝石とカンラン石の粘性率測定結果とは異なり、斜方輝石がカンラン石に比べ優位に硬いことが明らかとなった。

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  • Effect of small amount of water on physical properties of mantle materials with implications for softening of asthenosphere

    Grant number:17H01155  2017.04 - 2021.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    Yoshino Takashi

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    Authorship:Collaborating Investigator(s) (not designated on Grant-in-Aid) 

    Grant amount:\45500000 ( Direct expense: \35000000 、 Indirect expense:\10500000 )

    Accurate detection of trace amounts of water in the mantle is the key to understanding mantle evolution and dynamics, as the presence of trace amounts of water in the mantle significantly reduces the viscosity and solidus temperature of rocks. In this study, the effects of trace amounts of water incorporated into olivine, which is the main mineral of the upper mantle, on the physical characteristics of the upper mantle were determined as functions of the elastic constant, attenuation factor (Q value), and electrical conductivity as a function of water content. It was found that the lack of frequency dependence attenuation observed under the old oceanic floor at the lithosphere-asthenosphere boundary can be explained by the presence of a trace amount of water of about 200 ppm by weight only in the asthenosphere.

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  • 鉱物中の水素位置で読み解くマントルダイナミクス:鉱物物性の結晶化学的理解に向けて

    Grant number:16J05854  2016.04 - 2019.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows  Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    櫻井 萌

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    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\4420000 ( Direct expense: \3400000 、 Indirect expense:\1020000 )

    本研究では、マントルダイナミクスの解明に向け、水に起因した物性変化を結晶化学原理により体系的に理解することを目的とし、高圧実験を主とした鉱物中の水素位置の決定および、今後の発展として、低温高圧その場IRへの装置の改良を試みた。
    常温における高圧その場IR実験の手法がおおむね確立したため、本年度は極低温下における無水鉱物中の水素のIR観察を試みた。一般に、物体の温度を極低温(~10 K)まで下げIRスペクトルを測定することで、原子の熱振動が弱まり、ブロードなIRバンドは縮退し、シャープなバンドとなることが期待される。
    徳島大学野口直樹助教の協力の下、高圧実験により水を含ませたFoとEnの多結晶体を、8 Kという極低温下でIRスペクトルの測定を行った。本測定においては、残念ながら常温下のスペクトルと比べ大きな変化は見られなかった。しかしながら、近年Geiger and Rossman (2019) においてガーネットの80 KでのIRスペクトルの観察が報告されており、こちらでは常温下で1つのブロードなバンドだったものが、低温下では2つのシャープなバンドに分離していく様子が報告されている。鉱物によって変化が見られるものと見られないものがあるようであるが、シャープなバンドへと変化する鉱物に関しては今後水素位置決定の大きな助けとなることが期待される。
    そのため、現在開発途上ではあるものの、80 K程度の低温下での高圧その場IR測定を行うことを目的とし、岡山大学惑星物質研究所に設置された顕微真空IR装置の改良を行っている。低温の実現には、液体窒素を用いて熱伝導によりDACごと冷却することを想定している。しかしながら、熱伝導で冷却を実現するためには、10-4 Pa程度の真空度が必要で、現状の真空度では不十分であることが判明し、真空ポンプの取替えを含め、現在試行錯誤を加えている段階である。

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  • 無水鉱物中の微量水素位置の特定:マントルレオロジーへの応用

    Grant number:13J07374  2013.04 - 2016.03

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows  Grant-in-Aid for JSPS Fellows

    櫻井 萌

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    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\3300000 ( Direct expense: \3300000 )

    本研究では、上部マントル鉱物中の水素挙動の解明に向け、理論計算および高圧その場IR実験を用いて研究を行った。本年度は採用満了年度として、当該採択課題より得られた結果を元に、鉱物中の水素挙動がマントルレオロジーに与える影響を考察した。
    水素は非常に軽く、高温高圧下の状態が保持されず、大気条件下に戻るときに位置が容易に変化してしまうと考えられる。そこで、本年度は技術的に困難とされる水を含んだ無水鉱物のIRその場観察実験を行い、その手法の確立、およびIRスペクトルの圧力変化を観察することを試みた。
    過去3年の研究結果を振り返り、地球上部マントル中の水素挙動に関し、結晶科学的観点から考察を行った。「最上部マントル条件下における鉱物間の水の分配実験」でFT-IRにより得られたIRスペクトルと、「斜方輝石中の微量水素位置の特定」で第一原理計算により得られた振動数を直接比較することで、無水鉱物の水素位置を決定する手法を開発した。さらに、含水量の低い無水鉱物のための高圧その場IR測定の手法開発を行った。最後に、高圧条件下で得られたIRスペクトルを確立した第一原理的手法と組み合わせ、Foの水素配置の変化について考察した。この結果、実験的に含水量の変化に伴いかんらん石のすべり面が変化することが知られていたが、この変化は水素配置の変化により説明できることがわかった。本研究成果はその場観察実験によって得られた水素位置の変化と物性の変化の関係を結びつけ、水素配置というミクロの視点からマントルレオロジーというマクロの視点の解釈を行った初めての報告であり、今後さらに研究を進めることで含水量の関数としてマントルの粘性、電気伝導度などの物性が、結晶化学原理により体系的に理解可能になることが期待される。これが現実のものとなれば、マントルレオロジー研究の上で大きなブレークスルーとなることが予想される。

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