Construction of the universal pressure scale to the Earth's core

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00187
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Ohtani Eiji 東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (60136306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂巻 竜也 東北大学, 理学研究科, 助教 (30630769) ; 福井 宏之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 精密分光推進室, テニュアトラック研究員 (90397901) ; 宮原 正明 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90400241) ; Alfred Baron 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, グループディレクター (90442920)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 圧力スケール / 地球核 / X線非弾性散乱 / 音速 / レニウム / 高圧

Outline of Final Research Achievements

We measured the compressional and shear wave velocities and density of rhenium at high pressure and determined the primary pressure scale to 230 GPa, twice the conventional one. The results revealed that the conventional scale overestimated pressures by more than 20% in the pressure region of the Earth's core. According to our pressure scale, the density of solid iron is 8% higher than the seismically observed density under inner core conditions. The density difference is about twice that estimated by the previous pressure scales suggesting that the inner core contains more light elements than that previously estimated.

Free Research Field

高圧地球科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今回決定したレニウムにもとづく絶対圧力スケールは，地球の核の構造や組成を見直す結果を示した．しかし，その影響は地球の核だけに限定されず，地球の核よりも大きな圧力の下にある太陽系の他の惑星や地球よりも巨大な太陽系外惑星の内部構造の研究にも変更を迫るものである．さらに，物性物理学、化学、そして材料科学で取り扱われるあらゆる物質の超高圧下における振る舞いに対しても，再考を促す成果であり，高圧科学分野全般に大きな影響を与えるものである．