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放射光X線高圧下その場観測と局所微量分析による鉄-ケイ酸塩間の水素分配の決定

研究課題

研究課題/領域番号 18K13635
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関愛媛大学

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2019年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード核 / マントル / 水素 / 分配 / 元素分配 / マグマオーシャン / 高圧実験 / 地球型惑星
研究成果の概要

本研究では惑星分化過程における核-マントル間の水素分配に制約を加えることを目的とした。当初予定していた放射光その場観測実験が難航したため、急冷回収した試料を分析する方向へ方針転換した。
高圧実験は2GPa、1923 Kの条件で行い、鉄と酸化物、水酸化物混合粉末から成る試料を窒化ホウ素またはSiO2カプセルに封入し、さらに白金管で覆った。
回収試料の急冷ケイ酸塩ガラスに含まれる水量は0.25質量%水を含んだ出発試料の場合では0.13~0.24質量%、0.5質量%水を含んだ出発試料では0.53質量%であり、実験条件下では水素の大部分がケイ酸塩に分配されたことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球の海は地球質量の0.023%しかなく、これに対して惑星材料物質と考えられている始原天体は数質量%の水を含んでいると推定されている。地球の海と始原天体における水量の不一致の解決策として水素に富む金属核の存在が指摘されてきたが、この仮説を検証するためには惑星形成過程において水素が核に取り込まれた可能性について明らかにしなければいけなかった。
本研究課題で得られた成果は惑星がまだ小さかった場合の核形成過程において、圧力や温度の低い初期段階では水素は核ではなく、マントルに分配されることを示唆するものである。今後より、高温高圧下での実験により地球核が水素の貯蔵層となりうるのか検証することが望まれる。

報告書

(3件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 その他

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

  • [雑誌論文] The Effects of Carbon Concentration and Silicate Composition on the Metal‐Silicate Partitioning of Carbon in a Shallow Magma Ocean2019

    • 著者名/発表者名
      Kuwahara H.、Itoh S.、Nakada R.、Irifune T.
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 46 号: 16 ページ: 9422-9429

    • DOI

      10.1029/2019gl084254

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fluorine and chlorine fractionation during magma ocean crystallization: Constraints on the origin of the non-chondritic F/Cl ratio of the Earth2019

    • 著者名/発表者名
      Kuwahara Hideharu、Kagoshima Takanori、Nakada Ryoichi、Ogawa Nobuhiro、Yamaguchi Asuka、Sano Yuji、Irifune Tetsuo
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 520 ページ: 241-249

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2019.05.041

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simultaneous determination of melting phase relations of mantle peridotite and mid-ocean ridge basalt at the uppermost lower mantle conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Kuwahara Hideharu、Nomura Ryuichi、Nakada Ryoichi、Irifune Tetsuo
    • 雑誌名

      Physics of the Earth and Planetary Interiors

      巻: 284 ページ: 36-50

    • DOI

      10.1016/j.pepi.2018.08.012

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 高圧下における鉄-ケイ酸塩液相間の炭素分配係数の再評価と地球内部の炭素分布への制約2019

    • 著者名/発表者名
      桑原秀治、伊藤正一、中田亮一、入舩徹男
    • 学会等名
      2019年度日本地球化学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Metal-silicate partitioning of carbon in a shallow magma ocean: Implications for the distribution of carbon in the Earth during the core formation2018

    • 著者名/発表者名
      Hideharu Kuwahara, Shoichi Itoh, Ryoichi Nakada, Tetsuo Irifune
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 地球のフッ素、塩素の量はどのように決まったのか?

    • URL

      https://research.ehime-u.ac.jp/ja/environment_geoscience/20200218-01.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 惑星形成期における核-マントル間の炭素分配

    • URL

      https://research.ehime-u.ac.jp/ja/environment_geoscience/20200218-02.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/view/hideharukuwahara/home/publications

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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