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初期地球内部における炭素分布とダイナミクスの解明

Research Project

Project/Area Number 15J01745
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Solid earth and planetary physics
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

下山 裕太  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords高圧 / 月 / 外核 / 高温高圧 / 溶融鉄 / X線吸収法 / 超音波法 / 同時測定 / 放射光
Outline of Annual Research Achievements

水星や火星、月などの地球型惑星の外核は主に溶融鉄によって構成され、軽元素(H,C,O,Si,S)が含有した溶融鉄合金であると考えられている。近年における月地震波の再解析から月の核は溶融した層が存在し、その音波の伝搬速度は4100 m/sであるとされている(Weber et al., 2011)。月内部の軽元素を制約するためには鉄―軽元素系の音速測定を行い、これら軽元素の溶融鉄へ与える効果を明らかにする必要性がある。しかし、鉄-軽元素系の音速測定はSのみに限られ、月環境下に適用しうる他軽元素系の報告例はない。したがって、本研究では軽元素の中で炭素に着目し、高温高圧下における溶融鉄合金の音速―密度同時測定を行った。
本研究によりFe-C密度―音速同時測定を3.4 GPa, 1850 Kまでの圧力温度条件で行った。炭素が溶融鉄に含有することにより、純鉄の音速は3 GPa, 1700 Kにて約2%、密度は2 GPa, 1700 Kにて約2%減少する事が明らかとなった。これら得られたデータを基に密度-音速の関係式バーチ則の関係で表したとき、今回得られたFe-3.5wt%Cの線形関係は、圧力や温度変化によって変化しないことが明らかとなった。この傾向を純鉄と比較した結果、炭素の溶融純鉄の線形へ与える効果は圧力と共に小さくなることが明らかとなった。本研究によって得られた成果は学術論文として受理された(Journal of Geophysical Research -Solid Earth, Vol. 121, Issue 11, Pages 7984-7995, DOI: 10.1002/2016JB012968)。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Thermoelastic properties of liquid Fe-C revealed by sound velocity and density measurements at high pressure2016

    • Author(s)
      Shimoyama Y., Terasaki H., Urakawa S., Takubo Y., Kuwabara S., Kishimoto S., Watanuki,T. Machida, A. KatayamaY.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research-Solid Earth

      Volume: 121 Issue: 11 Pages: 7984-7995

    • DOI

      10.1002/2016jb012968

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Towards a consensus on the pressure and composition dependence of sound velocity in the liquid Fe-S system2016

    • Author(s)
      K. Nishida, A. Suzuki, H. Terasaki, Y. Shibazaki, Y. Higo, S. Kuwabara, Y. Shimoyama, M. Sakurai, M. Ushioda, E. Takahashi, T. Kikegawa, D. Wakabayashi, and N. Funamori
    • Journal Title

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      Volume: 257 Pages: 230-239

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2016.06.009

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Compressional and shear wave velocities for polycrystalline bcc-Fe up to 6.3 GPa and 800 K2016

    • Author(s)
      Y. Shibazaki, K. Nishida, Y. Higo, M Igarashi, M. Tahara, T. Sakamaki, H. Terasaki, Y. Shimoyama, S. Kuwabara, Y. Takubo, E. Ohtani
    • Journal Title

      American mineralogist

      Volume: 101 Issue: 5 Pages: 1150-1160

    • DOI

      10.2138/am-2016-5545

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sound velocity and elastic properties of Fe-Ni and Fe-Ni-C liquids at high pressure2016

    • Author(s)
      Soma Kuwabara, Hidenori Terasaki, Keisuke Nishida, Yuta Shimoyama, Yusaku Takubo, Yuji Higo, Yuki Shibazaki, Satoru Urakawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Tadashi Kondo
    • Journal Title

      Physics and Chemistry of Minerals

      Volume: 43 Issue: 3 Pages: 229-236

    • DOI

      10.1007/s00269-015-0789-y

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Density and Thermoelastic Properties of Liquid Fe-FeO at High Pressure2016

    • Author(s)
      Yusaku Takubo, Hidenori Terasaki, Yuta Shimoyama, Soma Kuwabara, Satoru Urakawa, Tadashi Kondo, Akio Suzuki, Keisuke Nishida, Eiji Ohtani, Tetsu Watanuki, Yoshinori Katayama
    • Journal Title

      SPring-8 Section A: Scientific Research Report

      Volume: 4 Pages: 53-57

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 高圧下における鉄-炭素合金の熱弾性的性質2017

    • Author(s)
      下山 裕太、寺崎 英紀、田窪 勇作、浦川 啓、近藤 忠
    • Organizer
      本領域研究「核-マントルの相互作用と共進化 ~統合的地球深部科学の創成~」平成28年度成果報告会
    • Place of Presentation
      JAMSTEC横浜研究所三好記念講堂
    • Year and Date
      2017-03-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermal elastic properties of liquid Fe-C at high pressure2015

    • Author(s)
      Yuta Shimoyama
    • Organizer
      AGU Fall meeting 2015
    • Place of Presentation
      Moscone Center, San Francisco
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The effects of pressure and alloying Ni and C on sound velocity of liquid Fe-alloys2015

    • Author(s)
      Hidenori Terasaki
    • Organizer
      AGU Fall meeting 2015
    • Place of Presentation
      Moscone Center, San Francisco
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fe-C 系融体の密度-音速同時測定による熱弾性的性質の解明2015

    • Author(s)
      下山裕太、寺崎英紀、浦川啓、田窪勇作、岸本俊八、近藤忠、綿貫徹、片山芳則
    • Organizer
      第56回 高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ、広島
    • Year and Date
      2015-11-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音波法を用いた高温高圧下での固体鉄の弾性波速度・密度測定2015

    • Author(s)
      寺﨑英紀、桑原荘馬、下山裕太、西田圭祐、肥後祐司、田窪勇作、柴崎裕樹、浦川啓、近藤忠
    • Organizer
      第56回 高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ、広島
    • Year and Date
      2015-11-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Fe-Ni および Fe-Ni-C 融体の音速の圧力依存性2015

    • Author(s)
      浦川啓、寺崎英紀、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、岸本俊八
    • Organizer
      第56回 高圧討論会
    • Place of Presentation
      JMSアステールプラザ、広島
    • Year and Date
      2015-11-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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