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Composition of the Earth's core estimated from the core formation process

从地核形成过程估算出地核的成分

基本信息

批准号：
17K05638
负责人：
市川浩樹
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究期間前から行っているFe-(Si, S, C, H)系の第一原理分子動力学計算（核の温度・圧力領域（温度：4000ー8000K、圧力：100ー350 GPa））を引き続き行い、組成の異なる各鉄液体混合物の状態方程式を作成した。また、地震波観測値や他の制約条件との比較により、外核全体の組成の推定を試みた結果をとりまとめ、国際誌に論文を投稿した。具体的には、各鉄液体混合物の状態方程式と地震波観測値の比較のみにより、どの軽元素が、どれだけ外核へ多く含まれるのかについて、論ずることは不可能であることについて明らかにし、外核の組成をさらに制約するためには、他の制約条件が必要であることを示した。このことは、状態方程式と地震波観測値の比較のみにより外核の組成を推定した先行研究（Huang et al., 2011の衝撃圧縮実験（外核は酸素に枯渇））とBadro et al., 2014の第一原理分子動力学計算（外核は酸素に富む））とは相異なる結果である。本研究の結果では、外核は炭素を主要な軽元素として含んでいないことを、状態方程式と地震波観測値の比較のみから明らかにしたが、それ以上は、制約できないことを示した。また、他の制約条件として、全地球組成、ICBでの密度不連続性、P波速度の不均一性、および、核形成時の元素分配を用い、外核の組成を検討した結果、外核がSiを主要な軽元素として含んでいる可能性が高いことを論じた。また、マグマオーシャンでの金属の分離時、金属とケイ酸塩メルトにおける各元素の濃度の推定をすることができる動径方向1-Dコードを作成した。

In this study, first-principles molecular dynamics calculations of Fe-(Si, S, C, H) system (nuclear temperature and pressure domain (temperature: 4000 - 8000K, pressure: 100 - 350 GPa)) were carried out to establish equations of state for various iron liquid mixtures with different compositions. Comparison of seismic wave measurements and other constraints, estimation of the composition of the outer core, results of experiments, papers submitted to international journals The equation of state of each ferroliquid mixture and the comparison of seismic wave measurement values are shown in detail. A preliminary study on the estimation of the composition of the outer core (Huang et al., 2011 Impact pressure reduction (exonuclein) and Badro et al., 2014 First-principles molecular dynamics calculations (exonucleus) The results of this study show that the main elements of carbon in the outer core are contained in the equation of state, and the seismic wave measurement values are compared with those in the outer core. The results of the analysis of the composition of the outer core and the main elements of Si in the outer core are discussed. When the metal is separated, the concentration of each element is estimated.