2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K04051
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
平尾 直久 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70374915)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地球中心核 / 水素 / 高温高圧 / 放射光 / X線回折 / 相平衡関係 / メスバウアー分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，固体地球科学における未解決問題の一つである地球中心核の軽元素問題を解く鍵になる可能性がある「水素」に注目した．地球核中に水素がどのくらい存在するのかを物質科学的に制約し，地球核の内部構成の解明を通して，外核を起源とする地球磁場の起源や地球進化史を通じた地球核成長の変遷，全地球深部の物質循環を紐解くことを最終的に目指している．水素が地球核の主成分である金属鉄と合金を高圧条件で形成すると，結晶構造だけでなく，物性も大きく変化することが予測される．そこで実験的手法により，水素を含む地球核物質の相平衡関係や密度を高温高圧下で明らかにすることを目的とした．
これまで金属鉄と水素二元系に関する高温高圧実験では，用いる水素源により高温高圧下で出現する安定相や化学組成が異なっており，その原因は不明であった．本研究によって，それが鉄と反応できる水素供給量に依存していることが明らかになった．高温高圧実験は，金属鉄と水素二元系に関して，水素が豊富な場合と枯渇した場合の二通りの条件下で80-90万気圧，1500 Kまで実施した．その結果，水素リッチな環境と枯渇した環境で，出現する鉄水素化物の高圧相が異なることが明らかになった．前者では鉄二水素化物(FeH2)，後者においては鉄一水素化物(FeH)であり，結晶構造が異なる．密度を算出したところ，水素を多く含む鉄二水素化物は，水素に枯渇した環境で出現する鉄一水素化物よりも1.4 g/cm3も小さく，密度差が非常に大きいことがわかった．地球核内や核マントル境界などで水素リッチな領域と枯渇した領域が存在すれば，その大きな密度差により化学組成に起因する沈降・浮遊が起きるため，地球核のダイナミクスに大きな影響があることが期待される．
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Research Products
(5 results)
