高温高圧実験で探る地球中心核の熱伝導率と地球熱進化

• 研究課題/領域番号: 17H04861
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 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: 太田 健二 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20727218)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円); 2018年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2017年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: 地球中心核 / 熱伝導率 / 鉄合金 / 高温高圧実験 / 異方性 / 地球・惑星内部構造 / 岩石・鉱物・鉱床学

研究成果の概要

熱伝導率は地球内部の温度構造と熱進化を探るための基礎的な物理量であるにも関わらず、実際の地球中心核の温度圧力条件での測定例は殆ど存在しない。本研究の目的は、地球の核を構成する鉄ー軽元素合金の熱伝導率を実際の地球中心核の温度圧力条件で実測することである。代表者が開発・実用化を行った高圧下その場熱伝導率測定法と核条件に相当する高温の発生技術を組み合わせることで、地球中心核条件での鉄および鉄合金の熱伝導率測定が可能になった。また、正確な熱伝導率決定のために、高圧その場における試料のX線３次元形状観察手法の確立がなされた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本課題によって地球マントル、中心核条件での物質の熱伝導率測定手法が確立した。今後、この手法をもちいて地球・惑星深部物質の熱物性が広く計測されていくことで、惑星内部の温度構造や熱進化への理解が大きく進むと期待される。極限環境下での物質の熱物性測定法は高機能材料の開発や物性物理理論の検証などの他分野での応用も大いに期待が持てる。
本課題によって、鉄の高圧相の伝導度には結晶方位異方性があることや、溶融鉄の伝導度測定の困難さが浮き彫りにされた。地球中心核は液体、固体の２層構造を成しており、核の熱進化のさらなる理解のために取り組むべき新たなテーマが明らかにされたことも成果の一つと言える。

研究成果

• [国際共同研究] ソルボンヌ大学(フランス)
• [雑誌論文] An Experimental Examination of Thermal Conductivity Anisotropy in hcp Iron (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta Kenji、Nishihara Yu、Sato Yuki、Hirose Kei、Yagi Takashi、Kawaguchi Saori I.、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 6 ページ: 1-15
  • DOI: 10.3389/feart.2018.00176
  • NAID: 120006889161
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurements of sound velocity in iron-nickel alloys by femtosecond laser pulses in a diamond anvil cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakamatsu Tatsuya、Ohta Kenji、Yagi Takashi、Hirose Kei、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: - 号: 6 ページ: 589-595
  • DOI: 10.1007/s00269-018-0944-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of sulfur on the electrical resistivity of hcp iron: implications for the core conductivity of Mars and Earth (2017)
  • 著者名/発表者名: Suehiro, S., Ohta, K., Hirose, K., Morard, G., Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 号: 16 ページ: 8254-8259
  • DOI: 10.1002/2017gl074021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of iron and aluminum incorporation on lattice thermal conductivity of bridgmanite at the Earth's lower mantle (2017)
  • 著者名/発表者名: Okuda Yoshiyuki、Ohta Kenji、Yagi Takashi、Sinmyo Ryosuke、Wakamatsu Tatsuya、Hirose Kei、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 474 ページ: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2017.06.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lithium polyhydrides synthesized under high pressure and high temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Takahiro、Kuno Keiji、Ohta Kenji、Sakata Masafumi、Nakamoto Yuki、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo、Shimizu Katsuya、Kume Tetsuji、Sasaki Shigeo
  • 雑誌名: Journal of Raman Spectroscopy 巻: 48 号: 9 ページ: 1222-1228
  • DOI: 10.1002/jrs.5183
  • 査読あり
• [学会発表] Electrical resistivity of fcc phase iron hydrides at high pressures and temperatures (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Suehiro, S., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] Simultaneous measurements of electrical and thermal conductivity of iron at high pressure and temperature in an internal heating method (2018)
  • 著者名/発表者名: Suehiro, S., Ohta, K., Hasegawa, A., Yagi, T., Hirose, K.
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] Thermal conductivity measurement under high pressure and high temperature conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, A., Yagi, T., Ohta, K., Hirose, K.
  • 学会等名: 第59回高圧討論会
• [学会発表] Experimental determination of the thermal and electrical conductivity of iron at Earth’s core conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K.
  • 学会等名: High Pressure Research at Gordon Research Conference 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimentally inferred thermal conductivity of planetary cores (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Suehiro, S.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
  • 招待講演
• [学会発表] Anisotropic thermal conductivity of hcp iron and the implications for the Earth’s inner core (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Nishihara, Y., Sato, Y., Hirose, K., Yagi, T., Kawaguchi, S., Hirao, N., Ohishi, Y.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2018
• [学会発表] Electrical resistivity of hcp Fe-Si alloy at high pressure and temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue, H., Suehiro, S., Ohta, K., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 学会等名: AGU 2018 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of electrical conductivity of iron at high pressure and temperature in an internally-heated diamond anvil cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Suehiro, S., Ohta, K., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 学会等名: AGU 2018 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of non-stoichiometric fcc and hcp FeHx at high pressure and temperature conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Tagawa, S., Ohta, K., Yagi, T., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Lattice thermal conductivity of (Mg,Fe)O solid solutions (2017)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, A., Ohta, K., Yagi, T., Hirose, K., Kondo, T.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] The influence of sulfur on the electrical resistivity of hcp iron: implications for the core conductivity of Mars and Earth (2017)
  • 著者名/発表者名: Suehiro, S., Ohta, K., Hirose, K., Morard, G., Ohishi, Y.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Measurements of sound velocity in iron-nickel alloys by femtosecond laser pulses in a diamond anvil cell (2017)
  • 著者名/発表者名: Wakamatsu, T., Ohta, K., Yagi, T., Hirose, K., Ohishi, Y.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Compressional and pressure-temperature dependence of the thermal conductivity of bridgmanite (2017)
  • 著者名/発表者名: Okuda, Y., Ohta, K., Yagi, T., Sinmyo, R., Wakamatsu, T., Hirose, K.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [学会発表] Is thermal conductivity of hcp iron anisotropic? (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohta, K., Sato, Y., Nishihara, Y., Yagi, T., Hirose, K., Kawaguchi, S., Hirao, N., Ohishi, Y.
  • 学会等名: High-Pressure Mineral Physics Seminar (HPMPS-9)
  • 国際学会
• [備考] 太田健二のホームページ
  • URL: http://kenjiohta-uhpr.sakura.ne.jp/Kenji_Ohtas_homepage/Welcome.html
• [備考] Researcher map
  • URL: https://researchmap.jp/7000018082/
• [備考] 研究代表者の個人ホームページ
  • URL: http://kenjiohta-uhpr.sakura.ne.jp/Kenji_Ohtas_homepage/Welcome.html