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

超高压实验揭示了地核中的轻元素

• 批准号: 21H04968
• 负责人: 廣瀬 敬
• 金额: $ 402.44万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-05-18 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04968/
• 关键词: コア; 軽元素; 鉄合金; 超高圧; ダイヤモンドセル

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。

In this study, the concentration of water in ferroalloy system was studied. Since Fukai (1992), the Fe-FeH system has been studied in solid solution system. In this study, the melting onset temperature of Fe-FeH system is very low, and the melting temperature of FeH is higher than 40GPa. The composition of the eutectic point of Fe-FeH system (water concentration) and the distribution of water between solid and liquid iron were successfully investigated. The upper limit of water element concentration in the outer core and the distribution of water element between the outer core and the inner core may be calculated. Fe-FeH system fusion point composition, outer core, inner core, crystallization conditions For example, if the outer core has a high density, the outer core has a high density, and the outer core has a high density, the outer core has a high density, and the outer core has a high density. In addition, the technical development of SIMS has been successfully carried out under high pressure, and the results show that the isotopes of water in the metal iron and iron alloy are separated. The ratio of carbon to water in the earth is estimated. The ratio of carbon to water in meteorites is estimated. The distribution coefficient of solid iron (inner core) and liquid iron alloy (outer core) under ultra-high pressure shall be determined by considering the interaction between elements. The results of this study are as follows: 1. Determination of density and velocity of liquid ferroalloys, determination of phase relationship, determination of density and velocity of solid ferroalloys, distribution of elements between metals and ferroalloys

项目成果

Hydrogen diffusion mechanism in the mantle deduced from H-D interdiffusion in wadsleyite

• DOI: 10.1016/j.epsl.2021.116815
• 发表时间: 2021-05
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: Wei Sun;T. Yoshino;N. Sakamoto;H. Yurimoto

Magnetism and equation of states of fcc FeHx at high pressure

高压下 fcc FeHx 的磁性和状态方程

• DOI: 10.2138/am-2022-8452
• 发表时间: 2023
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Hitoshi Gomi;Kei Hirose
• 通讯作者: Kei Hirose

Melting experiments on Fe-C-O to 200?GPa; liquidus phase constraints on core composition

Fe-C-O至200GPa熔化实验；

• DOI: 10.7185/geochemlet.2218
• 发表时间: 2022
• 期刊: Geochemical Perspectives Letters
• 影响因子: 4.9
• 作者: Sakai F.;Hirose K.;Umemoto K.
• 通讯作者: Umemoto K.

Density Determination of Liquid Iron-Nickel-Sulfur at High Pressure

高压下液态铁镍硫密度的测定

• DOI: 10.2138/am-2021-7924
• 发表时间: 2022
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Saori I. Kawaguchi;Guillaume Morard;Yasuhiro Kuwayama;Kei Hirose;Naohisa Hirao;Yasuo Ohishi
• 通讯作者: Yasuo Ohishi

Hydrogen isotopic exchange kinetics between organic matter and water: Implications for chemical evolution during meteorite parent body processing.

有机物和水之间的氢同位素交换动力学：对陨石母体加工过程中化学演化的影响。

• DOI: 10.1111/maps.13629
• 发表时间: 2021
• 期刊: Meteoritics & Planetary Science
• 影响因子: 2.2
• 作者: Kebukawa;Y.;Kobayashi;S.;Kawasaki;N.;Wang;Y.;Yurimoto;H. and Cody;G. D.
• 通讯作者: G. D.