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地球核中の水素: 超高圧下における金属鉄-ケイ酸塩液相間水素分配の実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 26887015
研究種目

研究活動スタート支援

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

野村 龍一  東京工業大学, 地球生命研究所, WPI研究員 (40734570)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード元素分配 / 水素 / 高圧高温 / レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル / 地球外核 / マグマオーシャン / 初期地球 / 地球核形成
研究実績の概要

本研究課題の目的は、地球形成時、融けたコア物質とマントル物質(マグマオーシャン)が高圧下で化学平衡に達することで、水素がどのくらいコアに分配されうるかを実験的に検証することである。コアを含む地球内部の水素の量を明らかにすることは、地球形成環境を推定する上で非常に重要である。レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを利用することで実際に初期地球で起きたと思われる高圧高温環境を実験室に再現し、コア物質である金属鉄とマントル物質であるケイ酸塩の間の水素分配挙動を明らかにする。
本年度は特に、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いた液体ケイ酸塩と液体金属鉄の化学平衡実験系の確立を行った。出発物質としてコアの主成分である金属鉄の箔、マントル物質としてブルーサイトとMg-freeパイロライト組成のゲルの粉末混合物(全体のMg/Si比をパイロライト組成になるように調整)を用いた。金属鉄の箔をケイ酸塩ペレットで挟み、さらに断熱材(鉄を含まないパイロライト組成のゲル)で挟んだもの加圧し、レーザーで加熱した。試料を脱圧回収後、集束イオンビームで研磨し、レーザー加熱領域の電顕観察を行った。
予備実験ではFeO層が金属鉄とケイ酸塩の間に生じ(3Fe + H2O = FeO + 2FeH)、液体金属鉄と液体ケイ酸塩の化学反応を阻害することが分かった。そこで出発物質の金属鉄、ケイ酸塩や断熱材の厚み、レーザー加熱時の昇温速度を最適化することで、液体金属鉄の周りを液体ケイ酸塩が取り囲むテクスチャを作り出すことに成功すると同時に、ケイ酸塩、金属鉄ともに均質な組成を持つ液体ケイ酸塩-液体金属鉄の化学平衡実験系の確立に成功した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2015

    • 著者名/発表者名
      野村龍一
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA利用者情報

      巻: 20 ページ: 9-11

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 原始地球におけるマントル-コアの化学進化と成層構造2014

    • 著者名/発表者名
      野村龍一
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 48 号: 3 ページ: 201-202

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.48.201

    • NAID

      130004698010

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] 地球コアの水素と初期地球の大量の水2014

    • 著者名/発表者名
      野村龍一
    • 雑誌名

      科学(岩波書店)

      巻: 84 ページ: 1060-1062

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] NPDを用いた液体鉄合金の高圧高温XAFSその場測定: 地球液体核の形成と構造の理解に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      野村 龍一
    • 学会等名
      第2回PRIUSシンポジウム
    • 発表場所
      愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター, 愛媛
    • 年月日
      2015-02-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Metal-silicate partitioning of uranium and thorium up to 138 GPa and 5500 K and implications for stratified layer at the top of the outer core2014

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Nomura, Kei Hirose, Jun-Ichi Kimura, Qing Chang
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall meeting
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2014-12-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2014

    • 著者名/発表者名
      野村 龍一
    • 学会等名
      SPring-8/SACLA コンファレンス 2014
    • 発表場所
      JPタワー, 東京
    • 年月日
      2014-12-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高温高圧下におけるU, Thの金属鉄-ケイ酸塩液相間元素分配と地球コア最上部の成層構造2014

    • 著者名/発表者名
      野村 龍一, 廣瀬 敬, 木村 純一, 常 青
    • 学会等名
      第55回高圧討論会
    • 発表場所
      徳島大学 常三島キャンパス, 徳島
    • 年月日
      2014-11-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定2014

    • 著者名/発表者名
      野村龍一
    • 学会等名
      SPring-8 萌芽的研究支援ワークショップ・萌芽的研究アワード
    • 発表場所
      キャンパス・イノベーションセンター東京, 東京
    • 年月日
      2014-10-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] Ryuichi Nomura

    • URL

      https://sites.google.com/site/ryuichinomura85/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-09-09   更新日: 2016-06-01  

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