| Project/Area Number |
20H01994
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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 (2021-2023)
Okayama University (2020) |
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Principal Investigator |
桑原 秀治 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (50505394)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Madhusoodhan SatishKumar (M Satish‐Kumar) 新潟大学, 自然科学系, 教授 (50313929)
伊藤 正一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60397023)
土屋 卓久 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70403863)
出倉 春彦 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90700146)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 炭素 / 同位体分別 / 金属核 / マントル / マグマオーシャン / 同位体比 / 核 / 分配 / 元素分配 |
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| Outline of Research at the Start |
本申請課題では①金属鉄－ケイ酸塩液相間、ならびに②液体金属鉄－炭酸塩間のマントル深部条件における炭素同位体分別係数を世界に先駆けて決定する。炭素同位体分別係数の温度・圧力依存性に関して得られる定量データに基づき、地球化学上の大きな未解決問題である「始原天体よりも13Cに富む地球マントルの炭素同位体比の成因」、そして「地球深部由来の海洋地殻物質を含む12Cに富む炭化物の起源」に対し、地球史を通じた核－マントル相互作用の観点から統一的な理解を目指す。本研究によって、惑星内部における炭素安定同位体の空間的分布およびその時間的進化に関する理解が大きく進展することが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽系内の始原物質であるコンドライトと地球型惑星の炭素同位体比の違いの起源を調べるため、微惑星分化過程における金属核とマントル間の炭素同位体分別について実験的に調べた。具体的には、円筒形のSiO2ガラスと白金の二重カプセルを用いて圧力3GPa、温度1600-1800℃の条件における金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素同位体分別実験とその回収試料分析を行った。出発試料には炭素源としてNa2CO3を用い、13Cと12Cをそれぞれ等量含めた。金属鉄、ケイ酸塩共に溶融した条件下において60分間の長時間保持を行い、白金カプセルと試料中の金属鉄との反応を避けた実験に成功した。ラマン分光測定ではケイ酸塩中の炭素濃度が低く、分子種の同定ができない試料もあったが、CH結合や元素状Cに由来するピーク(1300cm-1と2900cm-1付近)を確認した。この結果は先行研究とも調和的である。また、二次イオン質量分析によって金属鉄－ケイ酸塩液相間の炭素同位体分別係数(Δ13Cmetal-silicate)について、金属鉄側が13Cに富む+100-+400‰という値が得られた。こうした結果から、微惑星分化過程において、材料物質よりも12Cに富むマントルが形成する可能性が示唆された。
一方で、溶融した金属鉄により13Cが富むという結果は、第一原理計算による135 GPa、5000 Kでの予備的な結果（-0.1‰）やグラファイト―金属鉄間やダイヤモンド―金属鉄間の炭素同位体分別実験[Satish et al., 2011, EPSL]とは異なる結果であった（金属鉄に12Cがより濃集する）。また+100-+400‰という分別係数も質量数の近い窒素で得られた金属鉄－ケイ酸塩液相間の分別係数（-3~-1‰ [Grewal et al., 2022, GCA]）と比べると非常に大きい値であるため、本研究で得られた実験結果の解釈には実験手順の妥当性含めて今後検討が必要である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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