巨大惑星の内部構造に関する実験的研究

巨行星内部结构实验研究

• 批准号: 16654083
• 负责人: 近藤 忠
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16654083/
• 关键词: 地球・惑星内部構造; 惑星起源・進化; 固体地球物理学; 岩石・鉱物・鉱床学; 地殻・マントル物質; ダイヤモンドアンビルセル; レーザー加熱; 放射光実験; 水素; 木星型惑星

本年度は、木星・土星の主成分と考えられる水素-ヘリウム系の混合ガスを使った高圧実験を行った。初期組成でH_2:He=1:1及びH_2:He=3:1の混合ガスを用意し、昨年度開発したダイヤモンドアンビルセルにガス試料を充填した。各試料について高圧下での相変化を顕微鏡下で観察し、各相のラマン散乱測定を行った。顕微鏡下の相変化観察では5.8GPaから均一流体相が水素濃集相とヘリウム濃集相の二流体相に分離し、6.5GPaで水素濃集相が固化する様子が観察された。更に加圧を続けると、ヘリウム相に対する水素溶解度が低下によると見られる、水素濃集粒子が内部に析出するのが見られた。ラマン散乱の結果からは、水素分子の伸縮運動に対応するQ1モードの圧力シフト、転移に伴う周波数の不連続変化が見られ、ヘリウム濃集相中のQ1が12.9GPaで消失する事が分かった。これは、顕微鏡観察では確認できなかったヘリウム濃集相の固化に対応すると考えられ、これらの測定はH_2:He=1:1の試料で30GPaまで、H_2:He=3:1の試料で17GPaまで行われた。以上から、固化したヘリウムに対して水素は殆ど溶解せず、高圧下では固体二相に分離すると考えられる。また、H_2:He=1:1とH_2:He=3:1の試料では、ラマンの圧力シフト量及び勾配が異なり、ヘリウム濃度依存を確認したが、過去に報告のある組成とラマンシフトの関係式とは一致しないことが分かった。本研究の結果は、過去に報告のある12GPaまでのデータに比べ2倍以上の高圧力まで観測を行い、ヘリウム固体相に対する水素の固溶量が検出限界以下であること、ラマンシフトの組成依存に関し再較正が必要なことを示した点で新しい。以上の結果は2006年度地球惑星科学関連合同大会及び、国際鉱物学会議(IMA-神戸)で報告されると共に、国際誌への投稿を準備中である。

This year, Jupiter and Saturn's principal components are examined. The initial compositions of H_2: He = 1:1 and H_2: He = 3:1 were mixed. Each sample is tested under high pressure, phase change is observed under microscope, and phase change is measured. The phase transition under microscope was observed at 5.8 GPa, while the homogeneous fluid phase was separated from the water-enriched phase, and the water-enriched phase was observed at 6.5 GPa. In addition, water solubility decreases due to increased pressure and precipitation of concentrated water particles. As a result, Q1 of the stretching motion of the water molecule is reduced to 12.9 GPa, and Q1 of the concentrated phase is reduced to 12.9 GPa. Microscopic examination confirmed that the concentration phase was solidified at 30 GPa for samples with H2: He = 1:1 and at 17 GPa for samples with H2: He = 3:1. For example, the above two phases of solids are dissolved and separated under high pressure For samples with H_2: He = 1:1 and H_2: He = 3:1, the relationship between the pressure and the concentration of H_2: He is consistent with that reported in the past. The results of this study are new to previous reports that show a high pressure of more than 2 times that of 12 GPa, and that the solid solubility of water in the solid phase is below the detection limit. The above results are in preparation for submission to the 2006 International Conference on Scientific Links between Earth and Satellites (IMA-Kobe).

项目成果

Equation of state of iron-silicon alloys to megabar pressure

• DOI: 10.1007/s00269-004-0387-x
• 发表时间: 2004-07-01
• 期刊: PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS
• 影响因子: 1.4
• 作者: Hirao, N;Ohtani, E;Kikegawa, T
• 通讯作者: Kikegawa, T

Partitioning of potassium between iron and silicate at the core-mantle boundary

• DOI: 10.1029/2005gl025324
• 发表时间: 2006-04-19
• 期刊: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS
• 影响因子: 5.2
• 作者: Hirao, N;Ohtani, E;Kikegawa, T
• 通讯作者: Kikegawa, T

Compression of iron hydride to 80 GPa and hydrogen in the Earth's inner core

• DOI: 10.1029/2003gl019380
• 发表时间: 2004-03
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: N. Hirao;T. Kondo;E. Ohtani;K. Takemura;T. Kikegawa

Fe-Mg partitioning between (Mg, Fe) SiO3 post-perovskite, perovskite, and magnsiowustite in the Earth's lower mantle

地球下地幔中（Mg，Fe）SiO3 后钙钛矿、钙钛矿和镁方铁矿之间的 Fe-Mg 分配

• 发表时间: 2005
• 期刊: Geophys.Res.Lett. 32
• 作者: Kobayashi;Y.;Kondo;T.;Ohtani;E.;et al.
• 通讯作者: et al.

Iron-water reaction at high pressure and temperature, and hydrogen transport into the core

• DOI: 10.1007/s00269-004-0443-6
• 发表时间: 2005-04-01
• 期刊: PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS
• 影响因子: 1.4
• 作者: Ohtani, E;Hirao, N;Kikegawa, T
• 通讯作者: Kikegawa, T