Research on the fractionation process of moderately volatile elements in the early Solar System based on iron sulfide formation experiments

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本研究課題の目的は，初期太陽系における硫化鉄形成過程および速度の解明である．しかし，その硫化鉄形成の場である初期太陽の原始惑星系円盤において，固体微粒子 (ダスト) がどのような熱過程を経験したのか，あるいはそもそもFeという元素がどのような形態で存在していたのかということは十分には理解されていない．一方で，隕石の観察事実などから，Feの多くは非晶質ケイ酸塩ダストの構造中に存在していた可能性がある．そこで，本年度はそうしたダストが円盤に存在しうる温度条件を制約すべく，円盤ガスを再現したH2+H2O雰囲気下におけるFeを含む非晶質ケイ酸ナノ粒子の酸素同位体交換実験に取り組んだ．H2O分圧~0.06 Pa，H2/H2O~300の条件で，温度を330-380°Cの範囲で酸素同位体交換実験を行った．加熱試料の酸素同位体組成から，18Oに富むH2Oガスと非晶質ケイ酸間の酸素同位体交換速度は，Feを含まない非晶質ケイ酸塩より2-3桁程度速く進行する可能性があることがわかった．したがって，構造中にFeを含み，太陽型の16Oに乏しい酸素同位体組成をもつ非晶質ケイ酸塩が，円盤ガスの消失より先に地球型の16Oに富む組成へと進化するために必要な温度の下限値は，Feを含まない非晶質ケイ酸塩に比べてさらに低いと予想される．この酸素同位体交換速度はつねに結晶化速度よりも速く，酸素同位体交換が結晶化により妨げられない可能性がある．したがって，円盤におけるFeの多くが非晶質ケイ酸塩に含まれていたことは否定できない．また，硫化鉄形成実験の準備として，出発物質である鉄粉末の電子顕微鏡観察および，反応ガスである Ar+H2S 混合ガスの調達を行った．さらに真空炉へH2ガスおよびAr+H2S混合ガスを適当な流量比で導入できるようガス導入系を改造し，次年度に金属鉄の硫化実験に着手するための準備を完了した．