鉄-軽元素合金融体の高圧物性研究 : 地球核のダイナミクスへの応用

铁轻元素合金的高压物理性质研究：在地核动力学中的应用

• 批准号: 09J04192
• 负责人: 西田 圭佑
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J04192/
• 关键词: 高圧; 弾性波速度; Fe-FeS; 放射光; 液体; メルト; 超音波法; 密度; Fe-FeS系; 外核; 高温; 浮沈法

地球の外核は、地球物理的観測と衝撃圧縮実験の比較から、純鉄の密度に比べ約10%小さいことが知られており、鉄-ニッケル合金中に水素、炭素、酸素、硫黄、および珪素などの軽元素が溶解していると考えられているが、どの元素がどのくらい含まれているか明らかになってはいない。地球の外核の地震波速度は、衝撃圧縮実験によって求められた溶融鉄の弾性波速度に比べ約3%程度速いことが報告されており、これら密度と弾性波速度に関する二つの条件を満たす軽元素を探すことで、外核中に含まれる軽元素の種類と量を制約することができる。今年度は、外核中に含まれる軽元素の候補である硫黄に着目し、前年度開発に成功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を用いて、Fe-Sメルトの弾性波速度の測定を圧力と組成を変えて行った。出発試料にFe-S系の共融点組成に近いFe_<60>S_<40>とFeSを用い、縦波速度をそれぞれ5.4GPaまでと2.5GPaの条件で測定を行った。Fe-Sメルトの縦波速度は、硫黄の含有量が増加するに伴い、ほぼ線形に減少した。したがって、硫黄は5.4GPaまでは鉄メルトの縦波速度を遅くする効果があることが明らかになった。一方、Fe_<60>S_<40>メルトの縦波速度は、圧力の増加に伴い速くなるが、この増加率は純鉄メルトよりも大きい。そのため、7GPaよりも高圧では、Fe_<60>S_<40>メルトの縦波速度はFeメルトよりも速くなる可能性がある。これは、月やガニメデなど核の圧力が7GPa以下の場合、硫黄は鉄メルトの縦波速度を遅くするが、火星や地球の外核のような高圧力下では、硫黄は鉄メルトの縦波速度を早くする効果があることを意味する。したがって、硫黄は地球の外核中に存在しうる軽元素であることが明らかになった。

The density of pure iron is about 10% lower than that of pure iron. In iron-iron alloys, water, carbon, acid, sulfur, sulfur and other elements are dissolved. The seismic wave velocity of molten iron in the outer core of the earth is about 3% faster than that of the shock wave velocity. The seismic wave velocity of molten iron in the outer core is about 3% faster than that of molten iron. The seismic wave velocity of molten iron is about 3% faster than that of molten iron. This year, the outer core contains sulfur, and the previous year's development has been successful. The ultrasonic method has been used to determine the velocity of the sulfur wave. The composition of eutectic point of Fe-S system was determined under the condition of Fe_<60>S ~ <40>FeS ~(3 +) and wave velocity of 5.4GPa ~ 2.5GPa. The velocity of the Fe-S wave increases with the increase of sulfur content and decreases linearly. The speed of the wave is 5.4 GPa. On the one hand, Fe_<60>S_<40>P wave velocity increases with the increase of pressure, and the increase rate increases with pure iron. 7GPa high voltage, Fe_S_T wave velocity, Fe_T wave velocity, Fe_<60>S_<40>T wave velocity, Fe_T wave velocity, Fe_ When the pressure of the core is below 7GPa, the wave velocity of sulfur and iron is higher than that of Mars and the outer core of the Earth. The elements of sulfur exist in the outer core of the earth.

项目成果

Pressure and temperature dependence of the viscosity of a NaAlSi_2O_6 melt

NaAlSi_2O_6 熔体粘度的压力和温度依赖性

• DOI: 10.1007/s00269-010-0381-4
• 发表时间: 2011
• 期刊: Physics and Chemistry of Minerals
• 影响因子: 1.4
• 作者: A.Suzuki;E.Ohtani;H.Terasaki;K.Nishida;H.Hayashi;T.Sakamaki;Y.Shibazaki;T.Kikegawa
• 通讯作者: T.Kikegawa

Density measurement of liquid FeS at high pressures using synchrotron X-ray absorption

使用同步加速器 X 射线吸收测量高压液态 FeS 的密度

• DOI: 10.2138/am.2011.3616
• 发表时间: 2011
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Nishida;et al
• 通讯作者: et al

超音波法を用いた高圧下におけるFe-Sメルトの弾性波速度測定技術の開発

超声法高压Fe-S熔体弹性波测速技术开发

• 发表时间: 2011
• 作者: T.Ouchi;N.Shimano;T.Homma;若林克法;出路丈時;井上丈司;西田圭佑
• 通讯作者: 西田圭佑

X線吸収画像を用いた10GPaまでのFeS融体の密度測定

使用 X 射线吸收图像测量高达 10 GPa 的 FeS 熔体的密度

• 发表时间: 2009
• 作者: Suzuki;et al.;西田圭佑;西田圭佑;Keisuke Nishida;西田圭佑;Keislike Nishida;西田圭佑;西田圭佑
• 通讯作者: 西田圭佑

放射光その場観察浮沈法によるFe-S融体の密度測定

同步加速器原位观测沉没法测量Fe-S熔体密度

• 发表时间: 2010
• 作者: 西田圭佑;大谷栄治;鈴禾昭夫;立山隆二;柴崎裕樹;寺崎英紀;亀卦川卓美
• 通讯作者: 亀卦川卓美