放射光Ｘ線高圧下その場観測と局所微量分析による核－マントル間軽元素分配の決定

高压原位同步辐射X射线观测及局部痕量分析确定地核与地幔间轻元素分布

• 批准号: 18J00966
• 负责人: 桑原 秀治
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00966/
• 关键词: 炭素; 元素分配; 核; マントル; マグマオーシャン; 高圧実験; 水素; 分配係数

本年度は昨年度行った圧力4－12GPaの範囲における金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配実験に関する結果を論文にまとめ、アメリカ地球物理学会刊行の学術誌であるGeophysical Research Lettersに投稿し、掲載された。また、昨年度の実験で使用した窒化ホウ素が試料と実験中に反応してしまう点を改善すべく、カプセル材の選定を行い、SiO2ガラスカプセルを使用することにした。実験は圧力2GPa、温度1650℃に固定し、グラファイトカプセルとSiO2カプセルを用い、鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配に試料中の炭素濃度が与える影響を調べた。また、実験回収試料中の炭素の分子種やケイ酸塩の構造に制約を加えるため、新たにラマン分光分析を行った。実験回収試料の炭素の定量には昨年度と同じく金属鉄は電子線プローブマイクロアナライザを用いて、ケイ酸塩中の炭素は二次イオン質量分析装置をそれぞれ用いた。その結果、グラファイトカプセルを用いた炭素が飽和した系で行った実験で得られた金属鉄－ケイ酸塩間の炭素の分配係数はSiO2カプセルを用いた炭素不飽和な系よりも数倍ことがわかり、窒化ホウ素カプセルを使用した昨年度の実験結果が正しいことを再度確認した。また、ラマン分光分析の結果、金属鉄と共存下にあるケイ酸塩では炭素は主にCH結合種とアモルファス炭素として存在することが明らかとなった。さらに、ケイ酸塩ガラスの構造解析からケイ酸塩に分配される炭素の量と非架橋構造酸素原子の割合との間に正の相関が見られ、核－マントル分化時においてマグマオーシャンの化学組成がマントルに分配される炭素量を制御するうえで本質的に重要であることが示唆された。この結果は現在論文にまとめ、国際学術誌に投稿準備中である。

This year's research results on the distribution of carbon between metallic iron and acid in the range of 4-12GPa were published in Geophysical Research Letters published by the Geophysical Society. In addition, the use of SiO2 in the past year has improved the quality of the sample, improved the selection of the material, and improved the use of SiO2. The carbon concentration in the sample was adjusted according to the temperature of 1650℃ and the pressure of 2GPa. The structure of carbon molecular species in the sample was analyzed by spectrophotometry. The quantitative analysis of carbon in the sample was carried out in the same way as in the previous year. The distribution coefficient of carbon between iron and silicon dioxide was determined by using carbon unsaturated system several times. The results of spectroscopic analysis show that the metal iron is blue, the acid is blue, and the carbon is blue. The structural analysis of the acid and the amount of carbon in the non-bridging acid atom are related to the chemical composition of the acid and the amount of carbon in the structure. The results are in preparation for submission to the International Academic Journal.

项目成果

The Effects of Carbon Concentration and Silicate Composition on the Metal‐Silicate Partitioning of Carbon in a Shallow Magma Ocean

浅层岩浆海中碳浓度和硅酸盐成分对碳金属硅酸盐分配的影响

• DOI: 10.1029/2019gl084254
• 发表时间: 2019
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Kuwahara H.;Itoh S.;Nakada R.;Irifune T.
• 通讯作者: Irifune T.

高圧下における鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配係数の再評価と地球内部の炭素分布への制約

高压下铁与硅酸盐液相之间碳分配系数的重新评估及对地球内部碳分布的约束

• 发表时间: 2019
• 作者: 桑原秀治;伊藤正一;中田亮一;入舩徹男
• 通讯作者: 入舩徹男

Simultaneous determination of melting phase relations of mantle peridotite and mid-ocean ridge basalt at the uppermost lower mantle conditions

同时测定最上层下地幔条件下地幔橄榄岩和大洋中脊玄武岩的熔融相关系

• DOI: 10.1016/j.pepi.2018.08.012
• 发表时间: 2018
• 期刊: Physics of the Earth and Planetary Interiors
• 影响因子: 2.3
• 作者: Kuwahara Hideharu;Nomura Ryuichi;Nakada Ryoichi;Irifune Tetsuo
• 通讯作者: Irifune Tetsuo

Fluorine and chlorine fractionation during magma ocean crystallization: Constraints on the origin of the non-chondritic F/Cl ratio of the Earth

岩浆海洋结晶过程中的氟和氯分馏：对地球非球粒状 F/Cl 比值起源的限制

• DOI: 10.1016/j.epsl.2019.05.041
• 发表时间: 2019
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: Kuwahara Hideharu;Kagoshima Takanori;Nakada Ryoichi;Ogawa Nobuhiro;Yamaguchi Asuka;Sano Yuji;Irifune Tetsuo
• 通讯作者: Irifune Tetsuo

Metal-silicate partitioning of carbon in a shallow magma ocean: Implications for the distribution of carbon in the Earth during the core formation

浅层岩浆海洋中碳的金属硅酸盐分配：对地核形成过程中地球碳分布的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Hideharu Kuwahara;Shoichi Itoh;Ryoichi Nakada;Tetsuo Irifune
• 通讯作者: Tetsuo Irifune