高温高圧下における鉄－軽元素メルトの弾性波速度測定：地球外核への応用

高温高压下铁-轻元素熔体的弹性波速测量：在地外地核中的应用

• 批准号: 12J07930
• 负责人: 西田 圭佑
• 金额: $ 1.66万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J07930/
• 关键词: 高圧; 弾性波速度; 音速; メルト; 超音波; 外核; Fe; Fe-S; 超音波法; Fe-Si

地球の外核は、地震波観測と衝撃圧縮実験の結果から純鉄の密度に比べ約10%低く、弾性波速度で約3%程度速いことが報告されている。本研究では、Fe-S系およびFe-Si系合金メルトの密度と弾性波速度を測定し、観測結果と比較することで外核組成を推定することを目的としている。今年度は、これまで測定を行ってきたFe-SメルトやFe-Siメルトの弾性波速度と比較するため、我々が開発したマルチアンビル型高圧発生装置と超音波法を組み合わせた手法(Nishida et al. 2013)を用いて、Feメルトの弾性波速度測定実験を5GPaまで行った。同じ温度圧力条件で、これまで行った測定結果と比較すると、Fe-Siメルトは、Feメルトに比べ速く、Fe-SメルトはFeメルトに比べ遅いことがわかった。一方、本研究で得られたFeメルトの弾性波速度は、これまで報告されている1気圧と衝撃圧縮実験を基にした純Feメルトの弾性波速度に比べ系統的に速いことがわかった。回収試料の熱電対の位置を調べたところ、予想よりもヒーターの中心から大きく外れており、この系統的なズレは、温度と圧力を低く見積もっていることが原因であることがわかった。これまでのFe-S系メルトやFe-Si系メルトの測定でも、ほぼ同じ高圧セルを使用しており、今後、熱電対の指示温度と試料中心の温度差の補正を行い、温度、圧力の絶対値を正確に求める予定である。また、10GPaを超える高圧下において、鉄合金メルトの弾性波速度測定を可能とする高圧セルの開発も行った。高圧セルの構成の最適化を行い、現時点で11 GPa での Fe60S40 メルトの弾性波速度測定に成功した。まだまだ改善点が多くあるが、さらに高圧セルに改良を加え、幅広い圧力、組成で実験を行っていく予定である。

Earth の は outer core, seismic wave 観 と blunt shock 圧 shrinkage be 験 の results か ら pure iron objects に の density is lower than べ about 10% く, 弾 で wave speed about 3% level speed い こ と が report さ れ て い る. This study で は, Fe - S お よ び Fe - Si alloy メ ル ト の density と 弾 sex determination of wave speed を し, 観 measurement results と す る こ と presumption outside of nuclear を で す る こ と を purpose と し て い る. Our は, こ れ ま で measurement line を っ て き た Fe -s メ ル ト や Fe - Si メ ル ト の 弾 wave speed と compared す る た め, I 々 が open 発 し た マ ル チ ア ン ビ ル type high 圧 発 raw device と ultrasound method を group み close わ せ た technique (Nishida et al. 2013)を measured the velocity of elastic waves using を て, Feメ メ ト ト laboratory を5GPaまで った. With で じ temperature pressure condition, こ れ ま で line っ た determination results と す る と, Fe - Si メ ル ト は, Fe メ ル ト に べ speed than く, Fe - S メ ル ト は Fe メ ル ト に than べ 遅 い こ と が わ か っ た. Side, this research で ら れ た Fe メ ル ト の 弾 は wave speed, こ れ ま で report さ れ て い る 1 気 圧 と blunt shock 圧 shrinkage be 験 を base に し た pure Fe メ ル ト の 弾 sex wave speed に に べ system speed than い こ と が わ か っ た. Back 収 の thermoelectric material の seaborne place を べ た と こ ろ, to want to よ り も ヒ ー タ ー の center か ら big き く outside れ て お り, こ の system な ズ レ は, temperature と pressure low を く see product も っ て い る こ と が reason で あ る こ と が わ か っ た. こ れ ま で の Fe - S メ ル ト や Fe - Si メ ル ト の determination で も, ほ ぼ with high じ 圧 セ ル を use し て お り, in the future, the thermoelectric の seaborne indicating temperature と の centre sample temperature difference の corrected line を い, temperature, pressure の unique numerical を に right for seaborne め る designated で あ る. ま た, 10 gpa を super え る high 圧 に お い て objects, iron alloy メ ル ト の 弾 sex determination of wave velocity を may と す る high 圧 セ ル の open 発 も line っ た. The determination of the velocity of the elastic wave of the high-pressure セ <s:1> <s:1> formation <s:1> optimization を row を at the present point で11 GPa で <s:1> Fe60S40 メ ト ト た た successfully た た. ま だ ま だ が improve some more く あ る が, さ ら に high 圧 セ ル に improved を え, hiroo picture い pressure, composition で be 験 を line っ て い く designated で あ る.

项目成果

高圧下におけるFe-SおよびFe-Siの音速測定

高压下 Fe-S 和 Fe-Si 的声速测量

• 发表时间: 2013
• 作者: 西田 圭佑;寺崎 英紀;潮田 雅司;櫻井 萌;桑原 荘馬;肥後 祐司;舟越 賢一;大谷 栄治
• 通讯作者: 大谷 栄治

超音波法を用いた高圧下における鉄合金メルトの音速測定技術の改良

超声波法高压铁合金熔体声速测量技术的改进

• 发表时间: 2012
• 作者: Souma Kuwabara;Keisuke Nishida;Hidenori Terasaki;Ken-ichi Funakoshi;Yuji Higo;Masashi Ushioda;Moe Sakurai;Tadashi Kondo;Keisuke Nishida;西田 圭佑
• 通讯作者: 西田 圭佑

Sound velocity and density measurement of alloy liquid under pressure

合金液体在压力下的声速和密度测量

• 发表时间: 2013
• 作者: Hidenori Tlerasaki;Keisuke Nishida;Satoru Urakawa;Kentaro Uesugi;Yusaku Takubo;souma kuwabara;Yuji Higo;Ybshio Kono;Tadashi Kondo
• 通讯作者: Tadashi Kondo

Effect of sulfur on the sound velocity in liquid iron at high pressure.

硫对高压铁液中声速的影响。

• 发表时间: 2012
• 作者: Nishida K.;Kono Y.;Terasaki H.;Takahashi S.;Ishii M.;Shimoyama Y.;Higo Y.;Funakoshi K.;Irifune T.;Ohtani E.
• 通讯作者: Ohtani E.

高圧下におけるFe-S融体の音速速体:地球および月核への応用

高压下铁硫熔体的声波体：在地球和月球核心的应用

• 发表时间: 2012
• 作者: Souma Kuwabara;Keisuke Nishida;Hidenori Terasaki;Ken-ichi Funakoshi;Yuji Higo;Masashi Ushioda;Moe Sakurai;Tadashi Kondo;Keisuke Nishida;西田 圭佑;Keisuke Nishida;Keisuke Nishida;西田 圭佑
• 通讯作者: 西田 圭佑