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初期地球内部における炭素分布とダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15J01745
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 固体地球惑星物理学
研究機関大阪大学

研究代表者

下山 裕太  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード高圧 / 月 / 外核 / 高温高圧 / 溶融鉄 / X線吸収法 / 超音波法 / 同時測定 / 放射光
研究実績の概要

水星や火星、月などの地球型惑星の外核は主に溶融鉄によって構成され、軽元素(H,C,O,Si,S)が含有した溶融鉄合金であると考えられている。近年における月地震波の再解析から月の核は溶融した層が存在し、その音波の伝搬速度は4100 m/sであるとされている(Weber et al., 2011)。月内部の軽元素を制約するためには鉄―軽元素系の音速測定を行い、これら軽元素の溶融鉄へ与える効果を明らかにする必要性がある。しかし、鉄-軽元素系の音速測定はSのみに限られ、月環境下に適用しうる他軽元素系の報告例はない。したがって、本研究では軽元素の中で炭素に着目し、高温高圧下における溶融鉄合金の音速―密度同時測定を行った。
本研究によりFe-C密度―音速同時測定を3.4 GPa, 1850 Kまでの圧力温度条件で行った。炭素が溶融鉄に含有することにより、純鉄の音速は3 GPa, 1700 Kにて約2%、密度は2 GPa, 1700 Kにて約2%減少する事が明らかとなった。これら得られたデータを基に密度-音速の関係式バーチ則の関係で表したとき、今回得られたFe-3.5wt%Cの線形関係は、圧力や温度変化によって変化しないことが明らかとなった。この傾向を純鉄と比較した結果、炭素の溶融純鉄の線形へ与える効果は圧力と共に小さくなることが明らかとなった。本研究によって得られた成果は学術論文として受理された(Journal of Geophysical Research -Solid Earth, Vol. 121, Issue 11, Pages 7984-7995, DOI: 10.1002/2016JB012968)。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Thermoelastic properties of liquid Fe-C revealed by sound velocity and density measurements at high pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Shimoyama Y., Terasaki H., Urakawa S., Takubo Y., Kuwabara S., Kishimoto S., Watanuki,T. Machida, A. KatayamaY.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research-Solid Earth

      巻: 121 号: 11 ページ: 7984-7995

    • DOI

      10.1002/2016jb012968

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Towards a consensus on the pressure and composition dependence of sound velocity in the liquid Fe-S system2016

    • 著者名/発表者名
      K. Nishida, A. Suzuki, H. Terasaki, Y. Shibazaki, Y. Higo, S. Kuwabara, Y. Shimoyama, M. Sakurai, M. Ushioda, E. Takahashi, T. Kikegawa, D. Wakabayashi, and N. Funamori
    • 雑誌名

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      巻: 257 ページ: 230-239

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2016.06.009

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Compressional and shear wave velocities for polycrystalline bcc-Fe up to 6.3 GPa and 800 K2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Shibazaki, K. Nishida, Y. Higo, M Igarashi, M. Tahara, T. Sakamaki, H. Terasaki, Y. Shimoyama, S. Kuwabara, Y. Takubo, E. Ohtani
    • 雑誌名

      American mineralogist

      巻: 101 号: 5 ページ: 1150-1160

    • DOI

      10.2138/am-2016-5545

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sound velocity and elastic properties of Fe-Ni and Fe-Ni-C liquids at high pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Soma Kuwabara, Hidenori Terasaki, Keisuke Nishida, Yuta Shimoyama, Yusaku Takubo, Yuji Higo, Yuki Shibazaki, Satoru Urakawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Tadashi Kondo
    • 雑誌名

      Physics and Chemistry of Minerals

      巻: 43 号: 3 ページ: 229-236

    • DOI

      10.1007/s00269-015-0789-y

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Density and Thermoelastic Properties of Liquid Fe-FeO at High Pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Yusaku Takubo, Hidenori Terasaki, Yuta Shimoyama, Soma Kuwabara, Satoru Urakawa, Tadashi Kondo, Akio Suzuki, Keisuke Nishida, Eiji Ohtani, Tetsu Watanuki, Yoshinori Katayama
    • 雑誌名

      SPring-8 Section A: Scientific Research Report

      巻: 4 ページ: 53-57

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 高圧下における鉄-炭素合金の熱弾性的性質2017

    • 著者名/発表者名
      下山 裕太、寺崎 英紀、田窪 勇作、浦川 啓、近藤 忠
    • 学会等名
      本領域研究「核-マントルの相互作用と共進化 ~統合的地球深部科学の創成~」平成28年度成果報告会
    • 発表場所
      JAMSTEC横浜研究所三好記念講堂
    • 年月日
      2017-03-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Thermal elastic properties of liquid Fe-C at high pressure2015

    • 著者名/発表者名
      Yuta Shimoyama
    • 学会等名
      AGU Fall meeting 2015
    • 発表場所
      Moscone Center, San Francisco
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The effects of pressure and alloying Ni and C on sound velocity of liquid Fe-alloys2015

    • 著者名/発表者名
      Hidenori Terasaki
    • 学会等名
      AGU Fall meeting 2015
    • 発表場所
      Moscone Center, San Francisco
    • 年月日
      2015-12-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fe-C 系融体の密度-音速同時測定による熱弾性的性質の解明2015

    • 著者名/発表者名
      下山裕太、寺崎英紀、浦川啓、田窪勇作、岸本俊八、近藤忠、綿貫徹、片山芳則
    • 学会等名
      第56回 高圧討論会
    • 発表場所
      JMSアステールプラザ、広島
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 超音波法を用いた高温高圧下での固体鉄の弾性波速度・密度測定2015

    • 著者名/発表者名
      寺﨑英紀、桑原荘馬、下山裕太、西田圭祐、肥後祐司、田窪勇作、柴崎裕樹、浦川啓、近藤忠
    • 学会等名
      第56回 高圧討論会
    • 発表場所
      JMSアステールプラザ、広島
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Fe-Ni および Fe-Ni-C 融体の音速の圧力依存性2015

    • 著者名/発表者名
      浦川啓、寺崎英紀、桑原荘馬、田窪勇作、下山裕太、岸本俊八
    • 学会等名
      第56回 高圧討論会
    • 発表場所
      JMSアステールプラザ、広島
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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