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

通过高压变形实验研究地球内核的流变学

基本信息

批准号：
19H00723
负责人：
西原遊
金额：
$ 27.04万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00723/
关键词：
地球中心核 hcp鉄高温高圧変形実験レオロジー

项目摘要

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。

地震速度各向异性的存在表明，大规模的流体变形发生在地球的内核中，是由固体金属组成的，但是由于对内核材料的物理特性的了解不足，内核中流体变形的现实尚未得到充分理解。这项研究旨在通过微元素过程，通过对HCP铁的变形实验，内核的主要成分及其相关物质的变形实验，全面阐明HCP铁的流变学，并探索内核的各向异性结构的机理。在2019 - 2020年，使用D111高压变形实验进行了高压变形实验，在高能量加速器研究所安装的D111高压变形实验设备以及安装在高光泽度光学研究中心（Spring-8）上的D-DIA设备（Spring-8），用于衡量台阶的流量，并阐明了20.阶段的流量，并阐明了阶段的阶段，并阐明了阶段的阶段，并阐明了阶段的规则，并阐明了阶段的bccccr and bccccur and bccccur and bccc and bccc and bccc and bccc and bccc ry and bccc ry and bccce在春季8中引入的D111高压变形设备已成为轨道。在2022财年，我们就氢对HCP铁的流变作用进行了实验，并就DHCP铁氢化铁（DHCP-FEHX）的流量规则获得了初步结果。尽管DHCP-FEHX比HCP铁柔软，但在相同条件下其应力值约为0.5-0.8倍，这表明差异很小。另一方面，在元素扩散实验中，使用一对铁和铁核合金作为样品尝试了40 GPA的高温，高压实验，但是获得的扩散系数异常高，这可能是由于使用了起始材料的状态。