2014 Fiscal Year Annual Research Report
全溶融地球の実験的再現：初期地球内部の物質分化過程の解明
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25247087
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村上 元彦 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50401542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂巻 竜也 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (30630769)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超高圧力実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず地球深部に相当する超高圧力条件での溶融実験を再現するための実験測定システムの導入および整備を行い、次にケイ酸塩融体の模擬物質として様々な組成を有するケイ酸塩ガラスを用いて、弾性波速度測定及び放射熱伝導率測定、放射光メスバウアー分光法を用いた複合的な手法により圧力の増加に応じたそれぞれの物性パラメータの変化のデータ取得に成功した。また、200万気圧にものぼる極限的超高圧力実験を用いたシリカガラス、MgSiO3ガラス等の放射光Ｘ線回折実験を行い、140万気圧付近で超高密度化が示唆されていた現象を逆モンテカルロ法および密度汎関数理論等のシュミレーション手法を導入して、定量的な構造モデルとして提案することに成功した。本モデルでは、低圧力でのケイ酸塩ガラスの異常な圧縮挙動および超高圧力条件での超高密度化を整合的に説明することが可能であるだけでなく、酸素の占有原子体積が中圧力条件で劇的に減少することも明らかになった。そして、この体積減少がSi-Oの配位数変化のトリガーになることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ガラス、メルトの原子構造、電子構造モデルの構築のための理論的な手法による解析によって当初の予想をはるかに超える新たな知見をもたらしたため。また、本手法は今後のケイ酸塩メルトのシュミレーション及びモデル構築を非常に効率化することが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
導入・整備された実験測定システムを利用して、ケイ酸塩の融解状態での物性測定を低圧力から高圧力に至る条件において計画的に進める。同時に、メルトの原子構造、電子構造のモデル構築のためのシミュレーション手法の開発・共同研究も併行して進め、得られた実験データの解析を効率的に進める準備を行う。レーザー加熱の安定性を確保するために、フラットトップを実現する光学系の導入を行う。昨年度より予備的な測定を開始した、超音波測定装置を実際の超高圧力実験セルで試料からの多重反射を取得できるように技術開発を共同研究者とともに進めていく。レーザー加熱装置およびプローブレーザーの光学系に超短パルスにおける測定ができるように光学系を組みなおし、長時間加熱による試料のダメージを最小化する技術的努力を継続して行う。マントル鉱物を予備試料として、超音波測定を圧力130万気圧まで行い、鉄の含有量による音速の傾向変化を明らかにする。
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