2021 Fiscal Year Annual Research Report
Behaviors of light elements during early Earth's formation from high-pressure and high-temperature experiments
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18K13630
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
飯塚 理子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (80632413)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | コア-マントル形成 / 軽元素 / 水素 / 中性子回折 / 硫黄 / 放射光X線 / 地球進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄を主成分とする地球コアには、複数の軽元素（水素、酸素、炭素、硫黄、ケイ素）が存在すると考えられている。申請者は有力候補である水素を直接観察できる中性子と大型プレスを組み合わせ、地球の始源物質に見立てた試料に対して高温高圧下での中性子回折測定を行い、鉄に水素が有意に取り込まれることを明らかにしてきた。原始地球の進化過程のさらなる解明には、純鉄ではなく、水と鉄とが酸化還元反応を介して生成した鉄水素化物とケイ酸塩間における複数の軽元素の振る舞いを調べることが重要となる。本研究では、水素と硫黄を含む鉄ー含水ケイ酸塩の多成分系に着目し、放射光X線とパルス中性子線のマルチ量子ビームを用いた高温高圧その場観察から、鉄の水素化に対する硫黄の影響と軽元素の相互の影響についてを探索した。
R3年度は、研究成果のまとめと発表に注力した。本研究では、鉄水素化物中に取り込まれた水素量は温度圧力と共に増加し、硫黄の存在によって鉄の水素化が阻害されることを明らかにした。このことから、地球進化の初期段階では水素と硫黄が固体の鉄に優先的に取り込まれ、鉄の融点を効果的に下げることで溶融した鉄中に他の軽元素が徐々に溶け込んでいったことが示唆される。この研究成果は、Scientific Reportsに論文として発表した。また、放射光X線を用いたイメージング観察と回折測定で、鉄がケイ酸塩メルト中で球となって沈み凝集していくことを捉えた結果を学術雑誌に投稿・査読中である。
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