2018 Fiscal Year Annual Research Report

放射光X線高圧下その場観測と局所微量分析による核－マントル間軽元素分配の決定

Research Project

Project/Area Number	18J00966
Research Institution	Ehime University
Principal Investigator	桑原秀治愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2018-04-25 – 2021-03-31
Keywords	高圧実験 / 炭素 / 水素 / 分配係数
Outline of Annual Research Achievements	本年度は圧力4－12GPaの範囲において金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配実験を行った。実験回収試料中の金属鉄中の炭素は電子線プローブマイクロアナライザを用いて、ケイ酸塩中の炭素は二次イオン質量分析装置によってそれぞれ定量分析を行った。その結果、炭素が飽和した系で実験を行った先行研究と比較して本研究で得られた金属鉄－ケイ酸塩間の炭素の分配係数は低い可能性があることがわかった。この結果は現在論文にまとめ、国際学術誌に投稿準備中である。一方で、今年度行った実験では試料を封入するカプセルとして用いた窒化ホウ素と試料の反応が起こり、実験回収試料中に数質量%のホウ素および窒素を検出した。窒化ホウ素カプセルを用いた実験では酸化鉄量が変化し、酸化還元状態が変わっていた。炭素の分配係数は試料の酸化還元状態によっても変化することが予想されるため、酸化還元状態を制御できない窒化ホウ素に代わる適切なカプセルを今後検討する必要が出てきた。また、当初予定していた放射光X線その場観測によって金属鉄中の水素量の見積もりも行う予定であったが、金属鉄中の水素量を格子体積から見積もるには飽和に近いかなりの量の水素を鉄に溶かす必要があることがわかった。分配係数は対象元素の濃度によっても変化することが予想されるため、天然の系に比べて過剰に水素を入れた系で実験を行い、地球の核－マントル間の水素分配に適用するには注意を払う必要がある。今後はまず、実験回収試料中のケイ酸塩相の水素の定量と出発試料に含めた水素量の違いから金属鉄－ケイ酸塩間の水素分配の推定を行っていく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初予定していた放射光X線を用いた金属鉄中の水素量を見積もるには金属鉄に相当量の水素を添加しないと難しいことがわかったため、今後研究計画を多少変更する必要性が出てきたが、二次イオン質量分析や電子線プローブマイクロアナライザを用いた高圧実験回収試料の局所微量分析は順調に行うことができ、炭素については金属鉄とケイ酸塩液相間の分配係数を決定することができたことを考えると研究は概ね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	次年度以降では、試料を封入するカプセル材をいくつか用意し、カプセル材の分配係数への影響を調べる。また前年度で得られた金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素分配係数の実験結果を国際学術誌に論文として投稿する。