地球核中の水素: 超高圧下における金属鉄-ケイ酸塩液相間水素分配の実験的研究

地核中的氢：超高压下金属硅酸铁液相之间氢分配的实验研究

• 批准号: 26887015
• 负责人: 野村 龍一
• 金额: $ 0.92万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-08-29 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26887015/
• 关键词: 元素分配; 水素; 高圧高温; レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル; 地球外核; マグマオーシャン; 初期地球; 地球核形成

本研究課題の目的は、地球形成時、融けたコア物質とマントル物質(マグマオーシャン)が高圧下で化学平衡に達することで、水素がどのくらいコアに分配されうるかを実験的に検証することである。コアを含む地球内部の水素の量を明らかにすることは、地球形成環境を推定する上で非常に重要である。レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを利用することで実際に初期地球で起きたと思われる高圧高温環境を実験室に再現し、コア物質である金属鉄とマントル物質であるケイ酸塩の間の水素分配挙動を明らかにする。本年度は特に、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いた液体ケイ酸塩と液体金属鉄の化学平衡実験系の確立を行った。出発物質としてコアの主成分である金属鉄の箔、マントル物質としてブルーサイトとMg-freeパイロライト組成のゲルの粉末混合物(全体のMg/Si比をパイロライト組成になるように調整)を用いた。金属鉄の箔をケイ酸塩ペレットで挟み、さらに断熱材(鉄を含まないパイロライト組成のゲル)で挟んだもの加圧し、レーザーで加熱した。試料を脱圧回収後、集束イオンビームで研磨し、レーザー加熱領域の電顕観察を行った。予備実験ではFeO層が金属鉄とケイ酸塩の間に生じ(3Fe + H2O = FeO + 2FeH)、液体金属鉄と液体ケイ酸塩の化学反応を阻害することが分かった。そこで出発物質の金属鉄、ケイ酸塩や断熱材の厚み、レーザー加熱時の昇温速度を最適化することで、液体金属鉄の周りを液体ケイ酸塩が取り囲むテクスチャを作り出すことに成功すると同時に、ケイ酸塩、金属鉄ともに均質な組成を持つ液体ケイ酸塩-液体金属鉄の化学平衡実験系の確立に成功した。

The purpose of this research topic の は, earth formed, melting け た コ ア material と マ ン ト ル material (マ グ マ オ ー シ ャ ン) high が 圧 chemical balance に で す to achieve る こ と で, water element が ど の く ら い コ ア に distribution さ れ う る か を be 験 of に 検 card す る こ と で あ る. コ ア を の む の water in the interior of the earth element content を Ming ら か に す る こ と は presumption, earth environment を す る で very important で に あ る. レ ー ザ ー heating ダ イ ア モ ン ド ア ン ビ ル セ ル を using す る こ と で be interstate に since the early earth で き た と think わ れ る を 圧 environment of high temperature high be 験 room に reappear し, コ ア material で あ る metal iron objects と マ ン ト ル material で あ る ケ イ acid salt の の water element allocation between 挙 dynamic を Ming ら か に す る. This year は に, レ ー ザ ー heating ダ イ ア モ ン ド ア ン ビ ル セ ル を with い た liquid ケ イ acid salt と liquid metal iron objects の chemical equilibrium be 験 line is の established を っ た. と 発 substance し て コ ア の principal component で あ る metal iron objects の foil, マ ン ト ル material と し て ブ ル ー サ イ ト と Mg - free パ イ ロ ラ イ ト composition の ゲ ル の powder mixture (all the の Mg/Si ratio を パ イ ロ ラ イ ト composition に な る よ う に adjustment) を with い た. Metal iron objects の foil を ケ イ acid salt ペ レ ッ ト で み, さ ら に break hot material objects (iron を containing ま な い パ イ ロ ラ イ ト composition の ゲ ル) で carry ん だ も の plus 圧 し, レ ー ザ ー で heating し た. After the test material is を depressurized and recycled, the bundled and dried <s:1> ビ <s:1> ムで ムで ムで ムで ground <s:1>, the レ ザ ザ <s:1> is heated, and the <s:1> electric 顕観 inspection を is carried out った. Reserve be 験 で は が FeO layer metal iron objects と ケ イ acid salt に between の じ (fe 3 + H2O = FeO + 2 feh), liquid metal iron objects と liquid ケ イ acid salt chemical anti 応 の を resistance against す る こ と が points か っ た. そ こ で の 発 substance metal iron objects, ケ イ acid salt や break hot の thick み, レ ー ザ ー heating の を temperature optimization す る こ と で objects, liquid metal iron の weeks り を liquid ケ イ acid salt が take り 囲 む テ ク ス チ ャ を as り out す こ と に successful す る と に, at the same time ケ イ acid salt, metal iron objects と も に of homogeneous な を hold つ liquid ケ イ acid salt - liquid metal iron objects の The chemical equilibrium experiment is based on the establishment of に and successful た.

项目成果

Metal-silicate partitioning of uranium and thorium up to 138 GPa and 5500 K and implications for stratified layer at the top of the outer core

高达 138 GPa 和 5500 K 的铀和钍的金属硅酸盐分配及其对外核顶部分层层的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Ryuichi Nomura;Kei Hirose;Jun-Ichi Kimura;Qing Chang
• 通讯作者: Qing Chang

地球コアの水素と初期地球の大量の水

地核中的氢和早期地球上大量的水

• 发表时间: 2014
• 期刊: 科学(岩波書店)
• 作者: Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一;Atsushi Miyauchi;Teppei Okumura;奥村哲平;野村龍一
• 通讯作者: 野村龍一

NPDを用いた液体鉄合金の高圧高温XAFSその場測定: 地球液体核の形成と構造の理解に向けて

使用 NPD 对液态铁合金进行高压高温原位 XAFS 测量：了解地球液态核的形成和结构

• 发表时间: 2015
• 作者: Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一;Atsushi Miyauchi;Teppei Okumura;奥村哲平;野村龍一;河瀬康志;野村 龍一
• 通讯作者: 野村 龍一

放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定

同步加速器X射线显微断层扫描测定地幔物质熔化温度

• 发表时间: 2015
• 期刊: SPring-8/SACLA利用者情報
• 作者: Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一
• 通讯作者: 野村龍一

Chemical evolution and stratification of the primordial mantle and core

原始地幔和地核的化学演化和分层

• DOI: 10.14934/chikyukagaku.48.201
• 发表时间: 2014
• 期刊: Chikyukagaku
• 作者: Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一
• 通讯作者: 野村龍一