地球外核圧力下における液体鉄合金の理論研究

• 研究課題/領域番号: 26400525
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球宇宙化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 梅本 幸一郎 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (60726991)
• 研究協力者: 廣瀬 敬
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 第一原理計算 / 地球外核 / 液体鉄合金 / 高圧物性 / 高圧高温条件 / 地球深部

研究成果の概要

地球外核は軽元素との液体鉄合金で構成されているが、その軽元素の種類と量はこれまで決定されていなかった。本研究では、第一原理計算を用いて液体鉄合金の密度と音速を計算し、地震波測定から推定されているものと比較することによって、軽元素の種類と量を可能な限り決定することを試みた。その結果、水素が非常に有力な軽元素候補であり、水素単独でも地震波測定による密度と音速が再現できることを示した。この結果を他の軽元素候補にも拡張し、地震波測定と整合的な軽元素の組み合わせを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] SiO2 crystallization and compositional evolution of the Earth’s core (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hirose, G. Morard, R. Sinmyo, K. Umemoto, J. Hernlund, G. Helffrich, and S. Labrosse
  • 雑誌名: Nature 巻: 543 号: 7643 ページ: 99-102
  • DOI: 10.1038/nature21367
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First principles study of volume isotope effects in ices VIII and X (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and R. M. Wentzcovitch
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 56 号: 5S3 ページ: 05FA03-05FA03
  • DOI: 10.7567/jjap.56.05fa03
  • NAID: 210000147793
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Post-stishovite transition in hydrous aluminous SiO2 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto, K. Kawamura, K. Hirose, and R. M. Wentzcovitch
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 255 ページ: 18-26
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2016.03.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Liquid iron-hydrogen alloys at outer core conditions by first-principles calculations (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and K. Hirose
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 42 号: 18 ページ: 7513-7520
  • DOI: 10.1002/2015gl065899
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nature of the Volume Isotope Effect in Ice (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto, E. Sugimura, S. de Gironcoli, Y. Nakajima, K. Hirose, Y. Ohishi, and R. M. Wentzcovitch
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 17 ページ: 173005-173005
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.173005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two-stages Dissociation of NaMgF3 Post-Perovskite: A Potential Low-Pressure Analog of MgSiO3 at Multi-Mbar Pressures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and R. M. Wentzcovitch
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 4 ページ: 011002-011002
  • DOI: 10.7566/jpscp.4.011002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Searching for high magnetization density in bulk Fe: the new metastable Fe-6 phase (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto, B. Himmetoglu, J. P. Wang, R. M. Wentzcovitch, M. Cococcioni
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER 巻: 27 号: 1 ページ: 016001-016001
  • DOI: 10.1088/0953-8984/27/1/016001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid iron-sulfur alloys at outer core conditions by first-principles calculations (2014)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Umemoto, Kei Hirose, Saori Imada, Yoichi Nakajima, Tetsuya Komabayashi, Satoshi Tsutsui, Alfred Q.R. Baron
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 41 号: 19 ページ: 6712-6717
  • DOI: 10.1002/2014gl061233
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An adaptive genetic algorithm for crystal structure prediction (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Q. Wu, M. Ji, C. Z. Wang, M. C. Nguyen, X. Zhao, K. Umemoto, R. M. Wentzcovitch
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER 巻: 26 号: 3 ページ: 035402-035402
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/3/035402
  • 査読あり
• [学会発表] Solid iron-hydrogen alloys under high pressure by first principles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2016
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] Solid iron-hydrogen alloys under high pressure by first principles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto
  • 学会等名: Goldschmidt 2016
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Liquid Iron Alloys with Light Elements at Outer Core Conditions by First Principles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto
  • 学会等名: 99th Canadian Chemistry Conference and Exhibition
  • 発表場所: Halifax, Canada
  • 年月日: 2016-06-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Liquid Iron Alloys with Light Elements at Outer Core Conditions by First Principles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto
  • 学会等名: 99th Canadian Chemistry Conference
  • 発表場所: HALIFAX, NS, Canada
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid iron-hydrogen alloys under high pressure by first principles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2016
  • 発表場所: 幕張メッセ 千葉
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] Liquid Iron Alloys with Hydrogen at Outer Core Conditions by First Principles (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and K. Hirose
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall meeting 2015
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] 第一原理計算による地球外核条件下における液体鉄水素合金の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅本幸一郎、廣瀬敬
  • 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: 2015-11-11
• [学会発表] Liquid iron alloys with hydrogen at outer core conditions by first-principles (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and K. Hirose
  • 学会等名: Workshop: The Earth's Mantle and Core: Structure, Composition, Evolution
  • 発表場所: 道後プリンスホテル（松山、愛媛）
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Liquid iron alloys with light elements at outer core conditions by first-principles calculation (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and K. Hirose
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2015
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会
• [学会発表] Liquid iron alloys at outer core conditions by first-principles calculation (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto and K. Hirose
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting 2014
  • 発表場所: サンフランシスコ、アメリカ
  • 年月日: 2014-12-15