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地球核中の水素: 超高圧下における金属鉄-ケイ酸塩液相間水素分配の実験的研究

Research Project

Project/Area Number 26887015
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Petrology/Mineralogy/Economic geology
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

野村 龍一  東京工業大学, 地球生命研究所, WPI研究員 (40734570)

Project Period (FY) 2014-08-29 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords元素分配 / 水素 / 高圧高温 / レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル / 地球外核 / マグマオーシャン / 初期地球 / 地球核形成
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、地球形成時、融けたコア物質とマントル物質(マグマオーシャン)が高圧下で化学平衡に達することで、水素がどのくらいコアに分配されうるかを実験的に検証することである。コアを含む地球内部の水素の量を明らかにすることは、地球形成環境を推定する上で非常に重要である。レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを利用することで実際に初期地球で起きたと思われる高圧高温環境を実験室に再現し、コア物質である金属鉄とマントル物質であるケイ酸塩の間の水素分配挙動を明らかにする。
本年度は特に、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いた液体ケイ酸塩と液体金属鉄の化学平衡実験系の確立を行った。出発物質としてコアの主成分である金属鉄の箔、マントル物質としてブルーサイトとMg-freeパイロライト組成のゲルの粉末混合物(全体のMg/Si比をパイロライト組成になるように調整)を用いた。金属鉄の箔をケイ酸塩ペレットで挟み、さらに断熱材(鉄を含まないパイロライト組成のゲル)で挟んだもの加圧し、レーザーで加熱した。試料を脱圧回収後、集束イオンビームで研磨し、レーザー加熱領域の電顕観察を行った。
予備実験ではFeO層が金属鉄とケイ酸塩の間に生じ(3Fe + H2O = FeO + 2FeH)、液体金属鉄と液体ケイ酸塩の化学反応を阻害することが分かった。そこで出発物質の金属鉄、ケイ酸塩や断熱材の厚み、レーザー加熱時の昇温速度を最適化することで、液体金属鉄の周りを液体ケイ酸塩が取り囲むテクスチャを作り出すことに成功すると同時に、ケイ酸塩、金属鉄ともに均質な組成を持つ液体ケイ酸塩-液体金属鉄の化学平衡実験系の確立に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2015

    • Author(s)
      野村龍一
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA利用者情報

      Volume: 20 Pages: 9-11

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Chemical evolution and stratification of the primordial mantle and core2014

    • Author(s)
      野村龍一
    • Journal Title

      Chikyukagaku

      Volume: 48 Issue: 3 Pages: 201-202

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.48.201

    • NAID

      130004698010

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Journal Article] 地球コアの水素と初期地球の大量の水2014

    • Author(s)
      野村龍一
    • Journal Title

      科学(岩波書店)

      Volume: 84 Pages: 1060-1062

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] NPDを用いた液体鉄合金の高圧高温XAFSその場測定: 地球液体核の形成と構造の理解に向けて2015

    • Author(s)
      野村 龍一
    • Organizer
      第2回PRIUSシンポジウム
    • Place of Presentation
      愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター, 愛媛
    • Year and Date
      2015-02-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Metal-silicate partitioning of uranium and thorium up to 138 GPa and 5500 K and implications for stratified layer at the top of the outer core2014

    • Author(s)
      Ryuichi Nomura, Kei Hirose, Jun-Ichi Kimura, Qing Chang
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco
    • Year and Date
      2014-12-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2014

    • Author(s)
      野村 龍一
    • Organizer
      SPring-8/SACLA コンファレンス 2014
    • Place of Presentation
      JPタワー, 東京
    • Year and Date
      2014-12-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高温高圧下におけるU, Thの金属鉄-ケイ酸塩液相間元素分配と地球コア最上部の成層構造2014

    • Author(s)
      野村 龍一, 廣瀬 敬, 木村 純一, 常 青
    • Organizer
      第55回高圧討論会
    • Place of Presentation
      徳島大学 常三島キャンパス, 徳島
    • Year and Date
      2014-11-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2014

    • Author(s)
      野村龍一
    • Organizer
      SPring-8 萌芽的研究支援ワークショップ・萌芽的研究アワード
    • Place of Presentation
      キャンパス・イノベーションセンター東京, 東京
    • Year and Date
      2014-10-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] Ryuichi Nomura

    • URL

      https://sites.google.com/site/ryuichinomura85/

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-09-09   Modified: 2016-06-01  

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