2019 Fiscal Year Annual Research Report
地球内核条件での鉄合金の音速測定による内核の化学組成の解明
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18J21664
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
若松 達也 東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 地球内核 / 高温高圧実験 / 音速測定 / ダイヤモンドアンビルセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球最深部に位置する内核の化学組成は地球の起源や進化を理解するうえで重要である。その決定には、高温高圧実験で決定される地球深部物質の音速データと地震波速度の観測値の比較が必要である。しかし、実際の地球内核の温度圧力条件における鉄合金の音速測定は、技術的困難さゆえ実現されていない。そのため、内核組成の議論には、低い温度圧力下での音速データの外挿値が用いられているが、この外挿値と実際のそれとは大きく異なる可能性がある。そこで本研究では、フェムト秒パルスレーザーpump-probe法を改良し、実際の地球中心核条件で鉄合金の音速測定を行うことで、内核の組成により強い制約を与えることを目指す。
令和元年度は、高温下での音速測定を実現するために、純鉄試料に対する内部抵抗加熱法のテストを行った。高温下でフェムト秒パルスレーザーpump-probe法を使うには、試料を時間・空間的に安定して加熱する必要がある。内部抵抗加熱法では、従来のレーザー加熱法よりも安定的な加熱が実現されることを確認した。また、観測で得られている内核の密度は純鉄のそれよりも小さいことが報告されている。したがって、内核物質の音速測定では軽元素の効果を考慮した測定を行うことが望ましいと判断し、鉄水素合金の音速測定を室温下行った。内核の内核に含まれる軽元素の候補として有力な水素が鉄合金の音速に与える影響を室温下で調べた。同じ圧力や密度条件において、水素量の増加に伴って鉄合金の音速は上昇することが明らかになった。
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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
本研究課題のゴールである地球内核条件での音速測定には至っていないが、高温発生技術のテストや軽元素の影響を考慮した研究など、内核の化学組成の解明を目指す本研究に活かすことが出来る進展があった。特に、内部抵抗加熱法を導入したことによって、レーザー加熱による高温発生よりも安定性の良い加熱が可能になり、実際の内核条件での音速測定の実現可能性が高まった。以上から、総合的に判断して、おおむね順調に進行していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、従来のフェムト秒パルスレーザーpump-probe法に内部抵抗加熱法を組み合わせ、広い温度・圧力条件下で純鉄の音速測定を行う。さらに、純鉄の音速に対する軽元素の影響の調査も引き続き行っていく予定である。鉄合金の音速に圧力・温度・組成を明らかにし、地震波観測データと比較することで、内核の化学組成に制約を与える。
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Research Products
(4 results)
