| 研究課題/領域番号 |
21K03703
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 核－マントル相互作用 / 硫黄の親鉄性 / 地球外核の化学組成 / 地球の揮発性元素進化 / 第一原理自由エネルギー計算 / 熱力学積分法 / 核－マントル間の硫黄分配 / 第一原理計算法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
硫黄は、核に含まれる軽元素の有力な候補の一つであるとともに、親鉄性と揮発性を同時に有する特色ある元素である。地球形成時における核－マントル間での硫黄の分配挙動を明らかにすることで、核の化学組成や原始地球における揮発性物質の集積プロセスについて重要な知見を得ることができる。しかしながら、実験研究により報告された分配特性は、手法によって大きな不一致がみられる。そこで本研究では、液体の自由エネルギーを高精度で決定できる独自の数値計算手法を用いて、マグマオーシャン深部条件下での溶融ケイ酸塩－液体鉄間における硫黄の分配挙動について理論予測を行い、硫黄が核の主要軽元素である可能性などについて考察する。
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| 研究成果の概要 |
地球外核は主に鉄ニッケル合金液体からなるが、それ以外にも軽元素がある程度含まれていることが分かっている。しかしその詳細はいまだ不明であり、地球深部科学における長年の重要問題の一つとなっている。本研究では軽元素として硫黄に着目し、硫黄が外核中に存在し得るかどうか第一原理計算法を用いて解析した。その結果、従来の実験研究に見られた不一致が主に分配係数の圧力依存性と鉄中の酸素濃度により説明できること、硫黄は高温高圧下で十分親鉄的であり外核中の主要軽元素となり得ること、核が少量の酸素を含み火星程度の大きさの微惑星が衝突・成長した場合に現在の地球マントルの硫黄濃度が再現できることなどの新たな知見を得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地球外核は主に鉄ニッケル合金液体からなるが、それ以外にも軽元素がある程度含まれていることが分かっている。しかしその詳細はいまだ不明であり、地球深部科学における長年の重要問題の一つとなっていた。本研究では、実験が困難な超高温超高圧下での硫黄の親鉄性について独自の理論計算の手法を用いて調べることにより、従来の実験に見られた不一致の原因や、異なる実験結果から提案された正反対の考察に対する理論面からの評価、現在の地球マントルに含まれる硫黄量を再現することができる地球集積モデルの提案、これらから最終的に導き出される地球外核組成など、世界的にも非常に注目度の高い新たな知見を数多く得ることに成功した。
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