2018 Fiscal Year Annual Research Report
Melting experiment on Fe-H alloy at high pressures
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17J00703
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田川 翔 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 地球中心核の軽元素 / 鉄-水素系の高温高圧物性 / 地球の起源物質 / レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル / 超高圧・高温実験 / コアーマントル分離 / 水素のメタル-シリケート分配 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、「水素」が地球中心核の主要な軽元素であるかを検証することにある。地球中心核に存在する水素の量を制約することは、水素のもととなる「水」の初期地球での存在量を決定する上で不可欠である。本研究で得られる成果は、地球の起源物質や形成過程の理解をより深めうる。
しかし、その重要性にもかかわらず、地球中心核を模擬した「鉄-水素系」の超高圧・高温実験の先行研究は限られている。本研究課題では、A)レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルにより、鉄-水素系の超高圧・高温実験を可能にする技術を確立すること、B)その技術を用い、各圧力・温度・水素量における鉄-水素系の状態図を明らかにすること、C)水素に不飽和な鉄-水素合金の密度・圧力関係(状態方程式)を高圧まで明らかにすること、の実現を目指している。平成29年度にA)、B)の研究テーマは達成された。今年度は、C)のテーマについて、x～0.3の鉄-水素合金の合成に成功した。今後は、異なる水素量の鉄-水素合金を合成し、圧縮挙動と地震波観測結果を比較することで地球中心核の水素量を制約したい。
また、当初の研究課題に加え、今年度は、D)地球中心核の形成温度・圧力下における水素のメタル-シリケート間の分配比を明らかにする実験を行った。これは、初期地球のマグマオーシャン深部において、金属(中心核の物質)とシリケイトメルト(マントルの物質)の間で、水素がどのような比率で分配されるかを理解するためのものである。その結果、2018年に相次いで出された先行研究とは異なり、地球の初期物質に水が存在すれば、その多くは水素として中心核に取り込まれることを明らかにした。本研究の成果は、今後、地球中心核の水素存在量や、地球の初期物質を議論するうえでの重要な基礎データとなるであろう。
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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
申請時の計画であった、A)レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルにより、鉄-水素系の超高圧・高温実験を可能にする技術を確立すること、B)その技術を用い各圧力・温度・水素量における鉄-水素系の状態図を明らかにすること、C)水素に不飽和な鉄-水素合金の密度・圧力関係(状態方程式)を高圧まで明らかにすること、の三点について、ほとんどの技術開発・実験が完了し、実現の目処がたった。国際学会(AGU 2018：優秀発表賞を受賞)での発表を経て、現在論文の投稿用意中である。今年度はさらに、新しく研究課題として加えた、D)地球中心核の形成温度圧力条件下での、水素のメタル-シリケート間の分配比を明らかにするための実験について、その多くを終えることができた。以上により、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の成果を踏まえ、令和元年度に取り組むのは、次の2点である:
1、研究成果の国際学術研究誌への投稿、2、高圧下でのFe-H系の状態方程式(Equation of state)の構築。
1、については、現在、筆頭著者として2本の論文を投稿用意中である。
2、については、現在すでに合成出来ている、水素量x～0.3、x～1.0の鉄-水素合金に加え、他の化学組成の鉄-水素合金の合成を目指す。実験系内部の水素量を一定にする技術を改良し、今後の鉄-水素系の高温・高圧実験に資する基礎技術をまとめる。水素量が鉄-水素合金の圧縮挙動や磁性に与える影響を考察し、本年度中の投稿を目指す。
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