Hydrothermal evolution in the interior of a large hydrous planetesimal in the early solar system

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K18779
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中村 智樹 東北大学, 理学研究科, 教授 (20260721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三部 賢治 東京大学, 地震研究所, 助教 (10372426)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 含水小惑星 / 炭素質隕石 / 脱水反応

Outline of Annual Research Achievements

木星の形成時の天体内部における物質進化過程を明らかにするために、木星の材料物質である含水炭素質隕石に対し、水存在下での加熱加圧実験を行うのが本研究の目的である。惑星形成の初期段階で巨大化した含水炭素質小惑星では、天体内部の温度が上昇し、水が存在する高圧下での加熱現象が起こっていたと考えられる。本実験におけて解明すべき重要なポイントは、超臨界水により太陽系始原物質がどのように物質変化するかを理解することである。高温高圧（374℃以上、218気圧以上）でじる超臨界水は通常の水とは異なる特性を持つ。太陽系の未分化物質（始原隕石）と超臨界水との反応については何一つ解明されていないが、この反応こそが巨大惑星へ進化する小惑星内部で起こった大きな物質変化を引き起こしたと考えている。
今年度は昨年度問題になった高温高圧時の漏水を押さえるために、水と岩石を二重カプセル方式の封入方法を検討した。Mg#が約80のSerpentineを水岩石比１で、500℃、220 atmの条件で約50時間熱水加熱実験を行った。その結果、実験の終了時に実験前に封入した水が漏れずに残っていることを確認した。放射光X線によるX線回折実験や、走査型電子顕微鏡による解析で、Serpentineの一部が脱水していることが分かった。同様の実験手法を適用し、11.5mgのMurchison CM隕石を水岩石比１で600度　250気圧　50時間　の条件で熱水加熱実験を行った。その結果、封入した水が漏れずに残っていることを確認し、実験は成功した。放射光X線によるX線回折実験とCT分析を行い、CM隕石中の含水鉱物の一部が脱水していることを確認した。これらの実験により、含水炭素質隕石の超臨界水との反応を調べる実験方法を確立することができたと考える。