2023 Fiscal Year Final Research Report
Ab initio calculations of liquid iron-molten silicate partition of sulfur under high pressure and high temperature
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21K03703
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
TSUCHIYA Taku 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70403863)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核－マントル相互作用 / 硫黄の親鉄性 / 地球外核の化学組成 / 地球の揮発性元素進化 / 第一原理自由エネルギー計算 / 熱力学積分法 |
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| Outline of Final Research Achievements |
The Earth's core is composed primarily of iron-nickel alloy liquids, with the addition of some light elements. However, the details of these elements are still unknown, and they have long been one of the major research targets in deep Earth science. In this study, we focused on sulfur as a light element and analyzed whether sulfur could exist in the outer core using ab initio calculation methods. We then obtained several new findings and insights. First, the discrepancies observed in previous experimental studies can be explained mainly by the pressure dependence of the partition coefficient and the oxygen concentration in iron. Furthermore, our results indicate that sulfur remains sufficiently siderophile at high temperatures and high pressures to be a major light element in the outer core. Finally, our findings suggest that if Mars-sized planetesimals with the cores containing a small amount of oxygen impacted and grew, the current Earth's mantle sulfur content can be reproduced.
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| Free Research Field |
鉱物物性理論
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
地球外核は主に鉄ニッケル合金液体からなるが、それ以外にも軽元素がある程度含まれていることが分かっている。しかしその詳細はいまだ不明であり、地球深部科学における長年の重要問題の一つとなっていた。本研究では、実験が困難な超高温超高圧下での硫黄の親鉄性について独自の理論計算の手法を用いて調べることにより、従来の実験に見られた不一致の原因や、異なる実験結果から提案された正反対の考察に対する理論面からの評価、現在の地球マントルに含まれる硫黄量を再現することができる地球集積モデルの提案、これらから最終的に導き出される地球外核組成など、世界的にも非常に注目度の高い新たな知見を数多く得ることに成功した。
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