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

地球中心压力下的超高压和高温实验：阐明内核材料的物理性质和相平衡关系

• 批准号: 07J08291
• 负责人: 桑山 靖弘
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J08291/
• 关键词: 超高圧高温実験; 相平衡; 鉱物学; ダイヤモンドアンビルセル

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。

Earth の nuclear は の material science, nuclear の tectonic や ダ イ ナ ミ ク ス, nuclear の growth に と の earth evolution and え る produced, the earth's magnetic field の メ カ ニ ズ ム · earth の thermal history な ど を understand す る で very important で に あ る. し か し な が ら, earth の kernel は 気 330 ~ 3.64 million, 圧 thousands of degrees, と い う ultra-high 圧 under the condition of high temperature に さ ら さ れ て お り こ れ ま で そ の よ う な ultra-high 圧 nuclear を の physical properties determination under the condition of high temperature で す る こ と は very difficult に で あ り, ま だ よ く わ か っ て い な か っ た. The center の を form す る kernel は, わ ず か な quantity の 軽 element contains を む solid objects の iron - ニ ッ ケ ル alloy で で き て い る と exam え ら れ て い る. し た が っ て formation, nuclear の structure や を know る た め に は, ま ず ultra-high 圧 high temperature に お け る iron objects, iron objects - ニ ッ ケ ル alloy お よ び iron objects - ニ ッ ケ ル - 軽 element is の phase equilibrium masato を and Ming ら か に す る こ と が important で あ る. Youdaoplaceholder0 last year 's <s:1> research によ すでに, and the balance of the iron-ニ ッケ すでに system <s:1> is explained みである. そ こ で this study で は, レ ー ザ ー heating ダ イ ヤ モ ン ド ア ン ビ ル セ ル ultra-high 圧 発 raw device と radiation light X-ray を 観 examine technology using い た high temperature 圧 be 験 technology を さ ら に improved し, 軽 element の で も も most important な element で あ る に with stating element mesh し て objects, iron - stating is の alloy phase equilibrium masato を about 1.4 million 気 圧 ま で adjustable べ た. High さ ら に で 圧 high temperature synthesis し た sample を back 収 し, 従 の electronic 顕 micromirror に than べ て high い space decomposition can を も つ electrolytic release type electronic 顕 micro mirror (FE - EPMA) を with い を line っ て chemical analysis た. そ の results, six-party fine structure の iron objects へ の stating element の solution quantity が pressure と に raised total plus し の kernel - outer core boundary temperature pressure condition で は about 10% の stating element が iron objects に solid solution し う る こ と が Ming ら か に な っ た. は こ の, outer core に stating element が exist す る な ら ば kernel に も stating element が take り 込 ま れ う る こ と を shown し て い る. This study に よ り, earth の talk of kernel の を す る on で の important foundation デ な ー タ を have る こ と が で き た.

项目成果

Phase Relation of Iron and Iron-Nickel Alloys up to 3 Mbar

高达 3 Mbar 的铁和铁镍合金的相关系

• 发表时间: 2007
• 作者: 関本(佐々木)結子;太田啓之;Yasuhiro Kuwayam;桑山靖弘;Yasuhiro Kuwayam;桑山 靖弘;Y. Kuwayama;Y. Kuwayama
• 通讯作者: Y. Kuwayama

Phase relations of iron-silicon alloys at high pressure and high temperature

• DOI: 10.1007/s00269-009-0296-0
• 发表时间: 2009-10-01
• 期刊: PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS
• 影响因子: 1.4
• 作者: Kuwayama, Yasuhiro;Sawai, Toshimitsu;Ohishi, Yasuo
• 通讯作者: Ohishi, Yasuo

Phase relations of iron and iron-nickel alloys up to 300 GPa: Implications for composition and structure of the Earth's inner core

• DOI: 10.1016/j.epsl.2008.07.001
• 发表时间: 2008-09-15
• 期刊: EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS
• 影响因子: 5.3
• 作者: Kuwayama, Yasuhiro;Hirose, Kei;Ohishi, Yasuo
• 通讯作者: Ohishi, Yasuo

マルチメガバールにおけるレーザー加熱実験

兆兆条激光加热实验

• 发表时间: 2008
• 期刊: 高圧力の科学と技術 18
• 作者: 関本(佐々木)結子;太田啓之;Yasuhiro Kuwayam;桑山靖弘
• 通讯作者: 桑山靖弘