地球中心圧力における超高圧高温実験:内核物質の物性と相平衡関係の解明

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地球の核の物質科学は、核の構造やダイナミクス・核の成長と地球の進化に与える影響・地球磁場の生成メカニズム・地球の熱史などを理解する上で非常に重要である。しかしながら、地球の内核は330〜364万気圧・数千度という超高圧高温条件下にさらされておりこれまでそのような超高圧高温条件下で核の物性を測定することは非常に困難であり、まだよくわかっていなかった。地球の中心を形成する内核は、わずかな量の軽元素を含む固体の鉄-ニッケル合金でできていると考えられている。したがって、核の構造や形成過程を知るためには、まず超高圧高温下における鉄、鉄-ニッケル合金および鉄-ニッケル-軽元素系の相平衡関係を明らかにすることが重要である。すでに昨年度の研究により、鉄-ニッケル系の相平衡は解明済みである。そこで本研究では、レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル超高圧発生装置と放射光X線観察技術を用いた高圧高温実験技術をさらに改良し、軽元素の中でも最も重要な元素である珪素に着目して、鉄-珪素合金の相平衡関係を約140万気圧まで調べた。さらに高圧高温下で合成した試料を回収し、従来の電子顕微鏡に比べて高い空間分解能をもつ電解放出型電子顕微鏡(FE-EPMA)を用いて化学分析を行った。その結果、六方細密構造の鉄中への珪素の固溶量が圧力と共に増加し、内核-外核境界の温度圧力条件下では約10%の珪素が鉄に固溶しうることが明らかになった。この事は、外核に珪素が存在するならば内核にも珪素が取り込まれうることを示している。本研究により、地球の内核の組成を議論する上での重要な基礎データを得ることができた。