高温高圧下における鉄－軽元素系合金の物性測定とその地球核への応用

高温高压下铁轻元素合金物理性能测量及其在地核中的应用

• 批准号: 14J02713
• 负责人: 坂入 崇紀
• 金额: $ 1.28万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02713/
• 关键词: 地球核; 高温高圧; 音速・密度; 内核分別作用; 温度構造; 組成構造; 高温・高圧

地球内部はフロンティアであり、その最深部には核が存在している。地球核は液体からなる外核と固体である内核で構成される。またその主成分は鉄であり、そこに軽元素（硫黄や珪素）が含まれていると考えられている。そこで地球核の解明には、鉄―軽元素系の高温高圧実験が不可欠となる。本研究では地球核の温度や組成構造を明らかにすることを目的とし、軽元素の中でも硫黄と珪素に着目し、鉄―硫黄―珪素系の融点・相関係の決定、固体と液体鉄間の軽元素分配実験を実施した。さらに鉄珪素合金の密度・音速同時測定を実施し、地震学的な観測データと比較することで地球核の組成に制約を与えることも目的とした。実験は主に兵庫県にある大型放射光施設Spring-8のビームラインで実施した。BL10XUビームラインでは鉄―硫黄―珪素系合金の融解実験を行い、試料からのX線パターンの消失から融解の判定、ソリダス及びリキダスを決定し、70GPaまでの融解関係の解明に成功した。本研究結果は地球だけでなく水星や火星といった他の惑星にも適用可能であり、惑星の温度構造や核形成プロセスの解明につながる大変重要な成果である。鉄―硫黄―珪素系の軽元素分配に関しては、150GPaまでの圧力条件で実験を実施し、珪素と硫黄それぞれの元素の分配の傾向を明らかにした。本研究結果から硫黄が外核に選択的に分配され、内核と外核の間に組成差が生まれている可能性があることが示唆された。100GPaを超える条件下で多成分系の軽元素分配を実験的に明らかにしたのは初めてのことであり、極めて重要な成果である。鉄珪素合金の密度・音速測定に関しては非弾性散乱法を用いてBL35ビームラインで実施し、90GPa、2500Kまでの温度圧力条件下までの測定を行った。本結果と地震学的観測データ、また純鉄の測定結果を比較することにより、珪素の鉄の弾性的性質に及ぼす影響を定量的に議論することが可能となった。

In the interior of the earth, there is a core in the deepest part of the earth. The core of the earth is divided into a liquid core, an outer core, a solid core and a core. The main ingredient, the element (thiosulfin), contains the main component (thiazolidin). The earth's core explains that the elements are high temperature, high temperature and high temperature. In this study, the core temperature of the earth is determined by the determination of the temperature of the earth's core, the determination of the melting point of sulfur, the determination of the melting point of sulfur, and the distribution of elements between solids and liquids. The simultaneous measurement of the density and sound speed of the alloy is used to measure the speed of sound at the same time, and the results of seismology are compared with those of the core of the earth. The main equipment is required for large-scale radiation construction of Spring-8 equipment. BL10XU and sulfur-based alloys have been melted successfully, materials have been determined by X-ray melting, melting has disappeared, melting has been determined, 70GPa melting has been solved successfully. The results of this study are as follows: Earth, Mercury, Mars, Mars, Mercury, Mars, Mars, Mercury, Mars, Mercury, Mars, Mars, Mercury, Mars, Mercury, Mars, Mars, The distribution of elements in the system of sulfur-sulfur, the distribution of elements, the distribution of elements, the distribution of sulfur, the distribution of elements, the distribution of elements, the distribution of The results of this study show that the distribution of sulfur exonucleus and the composition of core exonucleus are not as good as those of sulfur exonucleus. Under the condition of 100GPa, the distribution of elements in the multi-component system is very important. The density of plain alloy was measured at the speed of sound. The non-linear dispersion method was used to determine the temperature under the condition of temperature force of 2500K, 90GPa and BL35. The results show that the results of seismology are better than those of seismology, and the quantitative results of seismology are not as good as those in seismology.

项目成果

核の形成過程と核の軽元素

原子核形成过程和原子核中的轻元素

• 发表时间: 2015
• 作者: Akio Goto;Hidemi Ishibashi;Takehiko Hiraga;鎌田誠司，鈴木那奈美，前田郁也，寺崎英紀，大谷栄治，平尾直久，大石泰生，福井宏之，Alfred Q.R. Baron;鎌田誠司，坂入崇紀，高畑明拓，小林幸太，高橋豪，寺崎英紀，大谷栄治，平尾直久，大石泰生;芳野極，鎌田誠司，大谷栄治，平尾直久;坂巻竜也，大谷栄治，福井宏之，鎌田誠司，坂入崇紀，筒井智嗣，Baron Alfred;鈴木那奈美，大谷栄治，鎌田誠司，平尾直久，前田郁也，大石泰生，中野智志;前田郁也，大谷栄治，鎌田誠司，坂巻竜也，鈴木那奈美，平尾直久，大石泰生，三井隆也，増田亮，中野智志;鎌田誠司，平尾直久，鈴木那奈美，前田郁也，濱田麻希，大谷栄治，大石泰生，増田亮，三井隆也;大谷栄治，渡邉虹水，坂入崇紀，鎌田誠司，坂巻竜也，平尾直久，大石泰生
• 通讯作者: 大谷栄治，渡邉虹水，坂入崇紀，鎌田誠司，坂巻竜也，平尾直久，大石泰生

Sound velocity of iron alloys under the extreme pressure and temperature conditions, and sound velocity anormalies in the core

铁合金在极端压力和温度条件下的声速以及堆芯中的声速异常

• 发表时间: 2014
• 期刊: SPring-8 Experimental Summary Report (2014B1465)
• 作者: E. Ohtani;T. Sakamaki;H. Fukui;S. Kamada;S. Takahashi;T. Sakairi;A. Takahata
• 通讯作者: A. Takahata

高温・超高温におけるhcp鉄合金の音速測定と内核境界の音速異常の解明

高温和超高温下 HCP 铁合金的声速测量以及内核边界声速异常的解释

• 发表时间: 2015
• 期刊: SPring-8 Experimental Summary Report (2015B1334)
• 作者: Ohtani E.;Sakamaki T.;Fukui H.;Kamada S.;Sakairi T.;Maeda F.;Terasaki H.
• 通讯作者: Terasaki H.

Melting relations in the Fe-S-Si system at high pressure and temperature: Implications for the thermal structure of the planetary core

Fe-S-Si 系统在高压和高温下的熔化关系：对行星核心热结构的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Sakairi;E. Ohtani;T. Sakai;S. Kamada;T. Sakamaki;N. Hirao
• 通讯作者: N. Hirao

Sound velocity and density of Hcp-Fe under Earth's core conditions

地心条件下 Hcp-Fe 的声速和密度

• 发表时间: 2014
• 作者: Tatsuya Sakamaki;Eiji Ohtani;Hiroshi Fukui;Seiji Kamada;Suguru Takahashi;Takanori Sakairi;Akihiro Takahata;Takeshi Sakai;Satoshi Tsutsui;Alfred Q.R. Baron
• 通讯作者: Alfred Q.R. Baron