权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

Chemical composition of the Earth's inner core from first-principles calculations and machine learning

通过第一性原理计算和机器学习了解地球内核的化学成分

基本信息

批准号：
22K03754
负责人：
五味斎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03754/
关键词：
第一原理計算 KKR-CPA 機械学習内核

项目摘要

地球の内核は、鉄・ニッケルに加えて軽元素(水素、炭素、窒素、酸素、ケイ素、硫黄)の合金であると考えられている。このような多成分系合金では、考えられる組成の組み合わせが膨大になる為、軽元素の種類と量がどのような組み合わせなのかは、いまだに解明されていない。本計画では、多成分系の第一原理計算に適したKKR-CPA法と機械学習の組み合わせを用いて地球の内核の研究を行う。今年度は、内核圧力における6成分系までの鉄合金の不純物電気抵抗率の計算を行った。得られた結果を機械学習を用いて解析したところ、合金組成によらず抵抗率の飽和現象に従う事が明らかになった。この電気抵抗率に対してヴィーデマンフランツの法則を用いて内核の熱伝導度を推定した。その結果は内核は熱対流できない程熱伝導度が高い事を示唆した。内核が熱対流している場合、内核内部の温度プロファイルは断熱温度勾配に従う。しかしながら、内核が熱対流できない場合は、その温度プロファイルは熱伝導によって決まる。本研究により得られた熱伝導度の範囲と、考えられ得る内核の年齢の範囲を用いて、内核の熱伝導プロファイルを計算したところ、内核の最上部と最深部での温度差が100℃程度しかないと推定された。これは、地球内核の内部にはほとんど温度勾配が存在しない事を意味する。並行して、六方最密充填構造を持つ5成分系までの鉄合金の状態方程式の計算を行った。得られた状態方程式から、内核の温度圧力条件における密度とバルク音速の推定を行った。これらの結果を地震波観測の文献値と比較することにより、内核の化学組成に対して制約を与えた。

Earth's inner core is composed of elements (water, carbon, sulfur, acid) and alloys. Multi-component alloys are composed of various elements, such as the type and quantity of elements. In this project, the application of KKR-CPA method to the study of the inner core of the earth is studied. This year, the calculation of impurity electrical resistance of ferroalloys with six component systems under core pressure was carried out. The results of mechanical learning are analyzed and the alloy composition is determined by the saturation phenomenon. The electrical resistivity of the core is estimated using the principle of thermal conductivity. The result is that the core heat transfer coefficient is higher than the heat transfer coefficient. Core heat transfer conditions, core internal temperature change, temperature adjustment The temperature of the core and the heat conduction of the core are determined in different situations. This study was conducted to determine the temperature difference between the uppermost and deepest parts of the core and to estimate the temperature difference between the uppermost and deepest parts of the core. This means that the temperature of the inner core of the earth is matched with each other. Calculation of equation of state for ferroalloys based on five component systems in parallel and hexagonal densely packed structures The equation of state is obtained, and the temperature and pressure conditions of the core are determined. The results of seismic wave measurement are compared with those of the literature.