2017 Fiscal Year Research-status Report
Experimental study on transient phenomena involving interactions between planetary materials and atmosphere
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17K05710
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
磯部 博志 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80311869)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 微小隕石 / I type cosmic spherule / 硫化鉄 / 磁鉄鉱 / 鉄隕石 / 炭素質コンドライト隕石 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
雰囲気制御ケラマックス縦型管状炉をを用いて，微粒子試料の落下・溶融実験を行った。本年度は，鉄隕石および炭素質コンドライト隕石2種から作成した粒子を用いて，最高到達温度1600Cでの実験を行った。酸素分圧条件は，溶融微小隕石が形成される高層大気における大気圧によって規定される酸素分圧を基準とし，+/-1.5 log unit の酸素分圧での実験を行った。
その結果，1秒程度という極めて短時間での溶融，急冷過程においても，鉄隕石に由来するFe-Ni金属は酸素分圧条件に対応した酸化挙動を示すことが見いだされた。その過程において，FeとNiは酸化反応に対して異なる応答を示す。粒子表面から形成される酸化鉄相はNiを含まないmagnetite相であり，残存金属相のNi含有量が上昇していた。これは，Ni-NiOバッファが規定する酸素分圧条件がFMQバッファによる酸素分圧条件よりもおよそ1 log unit 高いことと整合的である。
また，炭素質コンドライト隕石から作成した粒子を用いた実験では，粒子表面に排出される硫化鉄メルトの揮発によって形成されたと考えられるくぼみを多数持つ粒子が観察された。これは，粒子の到達温度が1600C程度から硫化鉄相は酸化よりも揮発が卓越することを示唆している。
さらに，一部の試料では，微小なケイ酸塩鉱物上で磁鉄鉱のepitaxial成長が起こったことを示唆する組織が観察された。しかも，その成長はケイ酸塩メルト内ではなく，気相中で起こったと考えられる。1秒程度というごく短時間に，一定の結晶方位を持つ単結晶が気相成長することは，結晶学的にも極めて興味深い現象である。
これらの成果は，共同研究者が行っているコンドリュール形成過程における揮発現象に関する実験成果と合わせて論文発表を行うとともに，国際学会を含む複数の学会発表として公表した。
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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
おおむね，研究所年度である29年度実施計画に沿って実験を実施した。当初は，Fe-Ni硫化物単体を用いた実験を行う予定であったが，実際の惑星物質である炭素質コンドライト隕石や鉄隕石を用いて，到達温度と酸素分圧条件によって実験生成物にどのような変化が生ずるのかを確認するための実験を行った。
鉄隕石を用いた実験の結果，酸化反応の進行に対するFe，Niの挙動の違いにより，酸化物相および金属相の間でFe-Niの分別が起こることが見いだされた。また，炭素質コンドライト隕石を用いた実験からは，硫化鉄相の揮発現象は，到達温度に強く依存することが示された。これらの結果は，当初予定していたFe-Ni硫化物単体ではなく，隕石試料を用いた実験を行ったことによって得られた成果である。実験条件については計画に沿って装置を運用しており，おおむね計画通り進捗しているものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度の進捗状況を踏まえ，基本的には実施計画に沿って研究を進めて行く。硫化鉄試料を用いた実験については最高到達温度の設定について検討し，酸素分圧条件との組み合わせた実験を行う。これにより，硫化鉄メルトの揮発と酸化挙動が微小隕石と大気の相互作用に果たす役割を検討する。その結果を，隕石試料を用いた実験に適用し，惑星物質が超高層大気に与える影響について検討する。その結果と，天然の溶融微小隕石の形状，組織，産状との比較を試みる。
また，結晶学的に極めて興味深い，ケイ酸塩鉱物と磁鉄鉱の成長組織が観察されているため，その形成条件，形成過程を解明するための実験を行い，実験生成物について詳細な分析，解析を試みる。結晶学的解析については，微小試料の処理および観察，解析について連携研究者の協力を仰ぎつつ進めて行く。
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| Causes of Carryover |
29年度は，主要装置であるケラマックス縦型管状炉の最高設定温度までは使用せずに実験を行ったため，発熱体の交換が必要な状況には至らなかった。このため，予備の発熱体一式を購入するに留まった。また，試料も手持ちのものを主に使ったため，追加購入が後ろ倒しとなっている。
ただし，多種類の試料について繰り返し実験を行った結果，炉心管や試料落下部に汚染が発生している可能性があることがわかった。30年度以降は，硫化物試料を用いた実験を予定しており，他の試料への影響を防ぐために試料落下部，炉心管，回収部の交換を必要とすると考え。また，発熱体の消耗にも対処するために次年度使用額を執行する予定である。
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