超高圧実験と熱力学モデリングに基づく地球コア組成の制約
| Project/Area Number |
22KJ0567
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| Project/Area Number (Other) |
21J20603 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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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 |
横尾 舜平 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 地球コア / 高圧実験 / 熱力学 / 火星コア / メタル-シリケイト分配実験 |
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| Outline of Research at the Start |
地球の液体外核は主要な構成元素である鉄よりも軽いことが分かっており、鉄より軽い元素が含まれていると考えられているが、その具体的な組成は十分に制約されていない。鉄-軽元素合金の状態図はその組成の制約となり得るが、５つの元素が候補として提案されているため多成分を扱う議論が必要となる。
そこで本研究では、地球外核という超高圧下での多成分系の議論を可能とするために、高圧実験によって多成分系状態図への制約を得ること、その結果をもとにして液体鉄中での軽元素間の相互作用の圧力依存性を熱力学的なパラメータとして見積もることを目指す。
地球と同様の議論が可能な火星コアについても軽元素組成を明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、鉄-軽元素系のリキダス相関係を決定するための高圧実験に加えて、本課題の目的である熱力学モデルの構築に重点的に取り組んだ。実験についてはFe-S-C-H合金の融解実験に、熱力学モデル構築についてはFe-C合金のリキダス相関係の構築とFe-FeO系のリキダス相関係の構築に重点的に取り組んだ。
Fe-S-C-H合金の融解実験では鉄中の水素量の測定方法を確立することが課題であったが、前年度より多くの試料を作成することに成功し、試料の組成によるマトリックス効果が大きいことが明らかになった。
Fe-C合金のリキダス相関係の熱力学モデル構築では、固液の状態方程式と純鉄の融解曲線を基準に、リキダス温度・組成に対する既存の実験データを用いて液体中での相互作用パラメータを評価することができた。それを用いて構築したリキダス相関係は先行研究が実験によって決定した共融点温度・組成を再現した。また、Fe3CやFe7C3といった炭素に富む固体相の融解曲線が実験で報告されているよりも低温であることが示唆された。本結果は国際誌に掲載された。
Fe-FeO系のリキダス相関係の構築については、熱力学モデルの構築に必要な液体FeOの密度の測定に取り組んだ。前年度までに50万気圧までの圧力範囲で測定に成功しており、本年度では100万気圧付近での実験を行った。密度を計算するために必要なX線回折プロファイルの取得はおおむね完了しており、密度の値を得たのちに熱力学モデルを構築することを計画している。
研究期間全体を通して、Fe-S-O-C系のリキダス相関係や硫黄と水素のメタル-シリケイト分配係数を実験で決定することができ、Fe-C合金のリキダス相関係の熱力学モデルによって熱力学の枠組みを作ることに成功した。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
