Chemical composition of the Earth's inner core from first-principles calculations and machine learning
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22K03754
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
五味 斎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (10876171)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 第一原理計算 / KKR-CPA / 機械学習 / 内核 |
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| Outline of Research at the Start |
地球の内核は、鉄・ニッケルと何らかの軽元素(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。これらの軽元素の種類と量の特定は、地球深部科学の重要問題であり続けている。この問題の解決が困難なのは、内核の地震波観測によって得られる物性値から化学組成を推定する逆問題の構造を持っているためである。本研究では、KKR-CPA法による第一原理計算と機械学習の組み合わせを利用して内核の化学組成逆問題の解決に挑む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画でしめした1年目の目標である6成分系までの電気抵抗率計算を達成し、国内学会での発表を行った。2年目の目標である六方最密充填構造を持った鉄合金の状態方程式計算を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展しているため、交付申請書に記載した研究計画に従って研究を推進する。具体的には、まず、電気抵抗率の計算結果を国際誌に投稿する。これと並行して六方最密充填構造を持つ鉄合金の状態方程式も国際誌に投稿する。さらに、面心立方構造や複六方最密充填構造を持つ鉄合金の状態方程式を計算する。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
