Light elements in the Earth's core revealed by ultrahigh-pressure experiments

本研究の鍵となる水素を含む鉄合金系の実験を集中的に行った。Fe-FeH系はFukai (1992)以来、連続固溶体系と考えられていた。しかし本研究により、Fe-FeH系の融解開始温度が端成分FeHの融解温度よりも十分低いことが明らかとなり、>40GPaでは共融系であることが初めてわかった。さらにFe-FeH系の共融点組成（水素濃度）ならびに固体-液体鉄間の水素の分配を見積もることに成功した。共融点の水素濃度は外核中の水素量の上限を与える、外核-内核間の水素の分配が計算可能になるという意味で、これらは極めて重要な成果と言える。Fe-FeH系の共融点組成が得られたことにより、外核が軽元素に乏しい内核を結晶化するための条件が厳しくなった。そして、この条件を満たす組成範囲と、外核で観測される密度・縦波速度を説明する組成範囲がほとんど重ならない（この２つの制約を満たす組成範囲がかなり狭い）ことがわかった。さらには、本研究の技術開発の目玉であるクライオSIMSの開発に成功し、高圧下でコア（金属鉄）-マントル（シリケイト）間で水素の同位体が大きく分別する結果が得られた。これにより、地球全体の水素同位体比が推定できた上、隕石のデータと比較して地球の炭素／水素比を得ることができた。軽元素同士の大きな相互作用を考慮した、超高圧下での固体鉄（内核）と液体鉄合金（外核）の間の軽元素の分配係数も明らかになった。これらの結果を基に、外核・内核それぞれの軽元素組成を狭い範囲に絞り込むことに成功した。その他、液体鉄合金の密度・速度の測定、リキダス相関係の決定、固体鉄・鉄合金の密度・速度決定、金属-シリケイト間の軽元素分配などを精力的に進めた。

本研究の鍵となる水素を含む鉄合金系の実験を集中的に行った。Fe-FeH系はFukai (1992)以来、連続固溶体系と考えられていた。しかし本研究により、Fe-FeH系の融解開始温度が端成分FeHの融解温度よりも十分低いことが明らかとなり、>40GPaでは共融系であることが初めてわかった。さらにFe-FeH系の共融点組成（水素濃度）ならびに固体-液体鉄間の水素の分配を見積もることに成功した。共融点の水素濃度は外核中の水素量の上限を与える、外核-内核間の水素の分配が計算可能になるという意味で、これらは極めて重要な成果と言える。Fe-FeH系の共融点組成が得られたことにより、外核が軽元素に乏しい内核を結晶化するための条件が厳しくなった。そして、この条件を満たす組成範囲と、外核で観測される密度・縦波速度を説明する組成範囲がほとんど重ならない（この２つの制約を満たす組成範囲がかなり狭い）ことがわかった。さらには、本研究の技術開発の目玉であるクライオSIMSの開発に成功し、高圧下でコア（金属鉄）-マントル（シリケイト）間で水素の同位体が大きく分別する結果が得られた。これにより、地球全体の水素同位体比が推定できた上、隕石のデータと比較して地球の炭素／水素比を得ることができた。軽元素同士の大きな相互作用を考慮した、超高圧下での固体鉄（内核）と液体鉄合金（外核）の間の軽元素の分配係数も明らかになった。これらの結果を基に、外核・内核それぞれの軽元素組成を狭い範囲に絞り込むことに成功した。その他、液体鉄合金の密度・速度の測定、リキダス相関係の決定、固体鉄・鉄合金の密度・速度決定、金属-シリケイト間の軽元素分配などを精力的に進めた。