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地球中心核条件における超高圧超高温実験：鉄‐軽元素合金の融解相関係の決定

地心条件下超高压超高温实验：铁-轻元素合金熔化相关系的测定

基本信息

批准号：
09J09624
负责人：
小澤春香
金额：
$ 1.28万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J09624/
关键词：
地球中心核 X線回折測定 X線発光分光法高温高圧

项目摘要

地球中心核は、酸素、珪素、炭素、水素、硫黄のうち1または数種類を含む鉄合金からなると考えられている。しかし、いまだにどの元素がどれだけ核中に含まれているかは明らかにされていない。この問題に対する有力なアプローチの一つは、「地球の冷却に伴い、外核の結晶化により内核が成長してきた」ことに注目し、結晶化の際の相平衡関係から核の軽元素を議論することである。鍵となる重要な観測事実は「外核(液体)中の軽元素量>内核(固体)中の軽元素量」である。核の軽元素は、結晶分別作用によりこの観測を満たすような鉄合金を作らなければならない。そこで、内核-外核境界において軽元素がどのように分別されるかを明らかにするために鉄-軽元素系の融解相関係を知る必要がある。今年度は主に軽元素の候補の一つである硫黄に着目し、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いて250万気圧・3000度以上の超高圧超高温実験を行い、Fe-S系における相平衡関係を明らかにした。さらに、実験回収試料の化学組成分析を行うことにより、固体鉄中への硫黄の溶解度を決定することが出来る。その結果、250万気圧においては、固体鉄中には硫黄は1wt%以下しか溶け込まず、共融系であることが示唆される。内核-外核境界に相当する温度圧力条件(330万気圧約5000度)まで同様の相平衡関係が維持されるとすれば、硫黄は内核の主な軽元素ではないことが予想される。一方、第一原理計算によると、内核-外核境界に相当する温度圧力条件ではFe-S系は連続固溶体をとることが予想されている。さらに高圧高温で相平衡関係を引き続き調べる必要がある。

Earth center nucleus, acid element, sulfur element, carbon element, water element, sulfur element The elements in the core contain the elements in the core. This problem is related to the strong relationship between the cooling of the earth, the crystallization of the outer core, and the growth of the inner core. The key to the measurement is "the amount of elements in the outer core (liquid)> the amount of elements in the inner core (solid)". Nuclear elements and crystals act as a catalyst for iron alloys. It is necessary to know the melting phase relationship of iron-iron element system. This year, a candidate for the main element of sulfur is selected, and the phase equilibrium relationship between the Fe-S system and the ultra-high pressure and ultra-high temperature of more than 3000 degrees Celsius is clearly established. To determine the solubility of sulfur in solid iron As a result, 2.5 million gas, sulfur in solid iron is less than 1wt%, and the eutectic system is not stable. The temperature and pressure conditions corresponding to the inner and outer core boundaries (3.3 million degrees C. and about 5000 degrees C.) maintain the same phase equilibrium relationship, while sulfur maintains the same phase equilibrium relationship with the main elements of the inner core. The first principle calculation is based on the temperature and pressure conditions of the core-outer core boundary, and the Fe-S system is based on the solid solution. The phase balance of high pressure and high temperature is necessary.