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地球内核条件での鉄合金の音速測定による内核の化学組成の解明

通过测量地球内核条件下铁合金的声速来阐明地球内核的化学成分

基本信息

批准号：
18J21664
负责人：
若松達也
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地球最深部を占める中心核の化学組成は地球の起源や進化を理解するうえで重要である。その推定には、高温高圧実験で決定される地球深部候補物質の音速データと地震波観測値の比較が有効である。内核組成を高い信頼度で決定するには、広い圧力・温度・組成条件において地球深部候補物質の音速測定を行う必要がある。本研究では、フェムト秒パルスレーザーpump-probe法を用いて中心核条件で鉄合金の音速測定を行うことで中心核の組成に強い制約を与えることを目指した。令和2年度は、中心核の候補物質とされているFe-H合金に着目した。本研究では面心立方 (fcc) 構造のFeHの音速を従来よりも高い~100 GPaまで測定した。その結果、fcc FeHの縦波速度(VP)の圧力依存性は~60 GPaで不規則に変化することを確認した。また、地球の下部マントルは中心核の直上に位置し、全地球体積の約55%を占める。地球内部で最大の層であるがゆえ、その化学組成を決めることができれば、本研究課題のゴールである中心核の組成にも強い制約を与えることができる。本年度は、下部マントルの第2主要鉱物と考えられているferropericlaseのVP測定を実施した。外部抵抗加熱法とフェムト秒パルスレーザーpump-probe法を組み合わせる技術開発も行い、28 GPaにおいて750 KまでのVP測定に成功し、より下部マントルに近い条件での実験を実現した。前年度までに測定を行っていた主要構成鉱物bridgmaniteのデータを組み合わせて、地震波観測との比較から化学組成を見積もった結果、下部マントルは定説よりもSiに富むバルク組成を持つことを示唆する結果を得た。これまでに得られた実験結果から、Fe-Ni-Si-H合金が地球中心核を形成している可能性が高いことがわかった。

The chemical composition of the deepest part of the earth is important for understanding the origin and evolution of the earth. A comparison of the sound velocity and seismic wave measurements of candidate materials in the deep earth can be made based on the estimation of high temperature and high pressure. The core composition is determined by high confidence, pressure, temperature and composition conditions, and the determination of sound velocity of candidate materials in the deep earth is necessary. In this study, the pump-probe method was used to determine the speed of sound in ferroalloys under the condition of central nucleus. In the second year, Fe-H alloy was selected as candidate material for central nucleus. In this study, the sonic velocity of FeH in Fcc structure was measured from high to 100 GPa. The pressure dependence of fcc FeH wave velocity (VP) on ~60 GPa irregular velocity was confirmed. The lower part of the earth is located directly above the central core, accounting for about 55% of the total volume of the earth. The largest layer of the earth's interior is determined by the chemical composition of the core, and the core composition of the research topic is strongly restricted. This year, the second main substance of the lower part of the company was tested and the VP of ferroperoxidase was measured. The external resistance heating method was successfully used in the determination of VP at 750 K at 28 GPa. In the previous year, the main components of the bridgmanite were measured and compared. The chemical composition was analyzed and the results were obtained. The Fe-Ni-Si-H alloy has a high probability of forming the core of the earth.

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A cylindrical SiC heater for an externally heated diamond anvil cell to 1500 K

用于外部加热金刚石砧座至 1500 K 的圆柱形 SiC 加热器

DOI：
10.1063/5.0036551
发表时间：
2021
期刊：
Review of Scientific Instruments
影响因子：
1.6
作者：
Okuda Yoshiyuki;Kimura Seiji;Ohta Kenji;Park Yohan;Wakamatsu Tatsuya;Mashino Izumi;Hirose Kei
通讯作者：
Hirose Kei

ブリッジマナイトの縦波速度測定

桥锰矿的纵波速度测量

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Suehiro Sho;Wakamatsu Tatsuya;Ohta Kenji;Hirose Kei;Ohishi Yasuo;Tatsuya Wakamatsu;Tatsuya Wakamatsu;若松達也;Tatsuya Wakamatsu;若松達也
通讯作者：
若松達也

High-temperature electrical resistivity measurements of hcp iron to Mbar pressure in an internally resistive heated diamond anvil cell

DOI：
10.1080/08957959.2019.1692008
发表时间：
2019-10
期刊：
High Pressure Research
影响因子：
2
作者：
S. Suehiro;Tatsuya Wakamatsu;K. Ohta;K. Hirose;Y. Ohishi
通讯作者：
S. Suehiro;Tatsuya Wakamatsu;K. Ohta;K. Hirose;Y. Ohishi

Sound velocity measurements on hcp-FeHx (x<1) under high pressures by femtosecond pulse laser pump-probe technique

采用飞秒脉冲激光泵浦探针技术测量高压下 hcp-FeHx (x<1) 的声速

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuya Wakamatsu;Kenji Ohta;Shoh Tagawa;Takashi Yagi;Kei Hirose;Yasuo Ohishi
通讯作者：
Yasuo Ohishi

ピコ秒音響法を用いたブリッジマナイトの音速測定

皮秒声学法测量桥石的声速

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Suehiro Sho;Wakamatsu Tatsuya;Ohta Kenji;Hirose Kei;Ohishi Yasuo;Tatsuya Wakamatsu;Tatsuya Wakamatsu;若松達也;Tatsuya Wakamatsu;若松達也;若松達也
通讯作者：
若松達也