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地球マグマオーシャンの化学分化解明に向けた実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 10J09386
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 岩石・鉱物・鉱床学
研究機関東京工業大学

研究代表者

今井 崇暢  東京工業大学, 大学院・理工学研究科(理学系), 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2010 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード高温高圧実験 / 鉄 / 水素 / 地球中心核 / X線回折 / マグマオーシャン
研究概要

現在の地球は金属からなる中心核(コア、主に鉄)、岩石(ケイ酸塩)からなるマントルと地殻、そして海や大気から構成されていることが知られている。地震学的観測から地球内部の密度構造が制約されており、コア・マントルはそれぞれ液体外核と固体内核、下部マントルと上部マントルに分けられている。観測から制約されている内核・外核の密度は同温度圧力条件における金属鉄に比べてそれぞれ2.5-5%、5-10%程度低いことがわかっており、これは地球中心核にこの密度欠損を説明しうる量の軽元素が含まれているからであると考えられる。本研究では水素がコアに含まれる可能性に注目し、鉄水素化物(FeHX)における基本情報である『鉄-水素系状態図』とコア-マントル中での水素の分布に重要な制約を与える『鉄-ケイ酸塩間の水素の分配』をそれぞれ高温高圧下において実験的に調べた。
高温高圧実験、放射光を用いることによって鉄-水素系の相平衡図を明らかにし、水素の固溶が鉄の融点が大きく下がることがわかった。また回収試料をFT-IR分析することで鉄-ウォズレアイト、鉄-リングウッダイト間の水素分配係数がそれぞれ256、47と得られた。いずれの値も明らかに水素がケイ酸塩よりも鉄に分配されることを示している。今回扱ったウォズレアイト、リングウッダイトは最大で3wt.%程度とマントル主要鉱物の中で最も多く水を含むことのできる鉱物にかかわらず水素が鉄に50-250倍分配されたという結果はコアに水素が多く存在する可能性を示す非常に重要な結果であった。
今回の結果から、地球原材料物質に水が含まれていれば地球形成過程において多量の水素が鉄に取り込まれたと考えることができ、その場合鉄の融点を大きく下げるためコアの温度が現在純鉄の融点から見積もられているものよりもかなり低い可能性が考えられる。

今後の研究の推進方策

本年度で本研究課題は終了である。
また同課題で研究を行う機会があればより実現可能な計画をもって遂行していきたい。

報告書

(3件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Element partitioning between olivine and melt up t0 10GPa : implication for the effect of pressure2012

    • 著者名/発表者名
      T. Imai, E. Takahashi, T. Suzuki, T. Hirata
    • 雑誌名

      Phys. Earth Planet. Inter.

      巻: 212-213 ページ: 64-75

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2012.09.001

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Element partitioning between garnet, olivine and hydrous melt at 10GPa2012

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢・高橋栄一・鈴木敏弘・平田岳史
    • 学会等名
      日本地球惑星連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 10GPaにおけるガーネット、 カンラン石/含水メルト間の元素分配実験2012

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢・高橋栄一・鈴木敏弘・平田岳史
    • 学会等名
      日本地球化学会年会
    • 発表場所
      九州大学 箱崎キャンパス
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 含水ケイ酸塩と共存する鉄の水素化と水素化による融点降下2012

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢・高橋栄一・肥後祐司・舟越賢一
    • 学会等名
      高圧討論会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effect of hydrogen on melting temperature of iron at high pressure and hydrogen partitioning between FeHx and hydrous mantle minerals2012

    • 著者名/発表者名
      T. Imai, E. Takahashi, Y. Higo, K. Funakoshi
    • 学会等名
      COMPRESS meeting
    • 発表場所
      Granlibakken Lodge (Lake Tahoe, CA, USA)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Phase diagram of Fe-H system at high pressure : In-situ X-ray experimental study using single crystal diamond capsule2011

    • 著者名/発表者名
      Takamasa IMAI
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2011
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2011-12-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Phase diagram of Fe-H system at high pressure : In-situ X-ray experimental study using single crystal diamond capsule2011

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      日本地球惑星連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2011-05-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Phase diagram of Fe-H system at high pressure : In-situ X-ray experiments using single crystal diamond capsule.2011

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      First International Symposium on Geofluids
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-03-18
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Hydrogenation of iron coexisting with hydrous ringwoodite : In-situ X-ray experiments with single crystal diamond capsule2010

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      AGU Fall meeting 2010
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2010-12-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶ダイヤモンドカプセルを用いた鉄水素化実験:水素量と融点の関係2010

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      高圧討論会
    • 発表場所
      仙台戦災復興記念館
    • 年月日
      2010-10-20
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] カンラン石、メージャライトガーネット/ペリドタイトメルト間における分配係数の圧力依存性2010

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      日本地球化学会年会
    • 発表場所
      立正大学
    • 年月日
      2010-09-08
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Pressure effect of element partition coefficients between olivine, majorite garnet and peridotite melt up to 20 GPa2010

    • 著者名/発表者名
      今井崇暢
    • 学会等名
      日本地球惑星連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2010-05-24
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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