Rheology in the Earth's inner core studied by high-pressure deformation experiments

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地震波速度異方性の存在から、固体金属でできた地球の内核で大規模な流動変形が起こっていることが示唆されているが、内核での流動変形の実態は内核物質の物性の理解が不十分なためよくわかっていない。本研究では、内核の主要構成物質であるhcp鉄とその関連物質の変形実験と元素拡散実験によりhcp鉄のレオロジーをミクロな素過程から総合的に解明し、内核の異方的構造のメカニズムに迫ることを目指している。2019-2020年度には、高エネルギー加速器研究機構に設置されているD111型高圧変形実験装置および高輝度光科学研究センター(SPring-8)に設置されているD-DIA装置を用いた高温高圧変形その場観察実験を行ない、hcp鉄とその低圧相であるbcc鉄の流動則を定量的に明らかにし、2021年度は、本科研費によりSPring-8に導入されたD111型高圧変形装置を用いた実験方法の運用を軌道に乗せた。2022年度は、hcp鉄のレオロジーへの水素の影響に関する実験を進め、dhcp構造の水素化鉄 (dhcp-FeHx) の流動則に関する予察的結果を得た。dhcp-FeHxはhcp鉄よりも軟らかいもののその応力値は同一条件下で0.5-0.8倍程度であり、その差は小さいことが示唆される。いっぽうで、元素拡散実験では、鉄と鉄ニッケル合金のペアを試料として用いた高温高圧実験を40 GPaで試みたが得られた拡散係数は異常に高く、これは用いた出発物質の状態に由来する可能性がある。