鉄の超高圧高温下における構造及び物性の計算機シミュレーション

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04216208
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 松井 正典 九州大学, 理学部, 助教授 (90125097)
• キーワード: 地球中心核 / 鉄 / 超高圧高温 / 計算機シミュレーション / 結晶構造 / 弾性定数 / 分子動力学法

研究概要

地球内核の主成分は六方最密構造のE-Feであると考えられているが、内核の温度圧力条件が実験室で再現可能な範井をはるかに越えているので、その構造、物性の詳細については数多くの未解決な問題が存在する。本年度に得られた研究実績は下記のとおりである。
1.前年度に求められたE-Feについてのポテンシャルを一層精密化することに成功した。得られたポテンシャルを用いた分子動力学計算が、実測のE-Feの静水圧縮データと高圧下での熱膨張データの両者を極めて高精度で再現することを確認した。
2.精密化されたポテンシャルを用いて、昨年度に行った密度と弾性率のシミュレーションに加えて、剛性率をも求めた。その結果、密度と剛性率の両者共、地震波からのデータPREMと比ベて若干大きな値を与え、一方弾性率については、ほぼPREMと同性度であることが見出された。これらは、昨年度に得られた「地球内核に、鉄の他に若干量の軽元素存在の可能性がある」との結論を再確認するものである。
3.昨年度に見いだされた、内核の温度圧力条件下における、鉄の六方最密構造から体心立方構造への相転移の可能性について、シミュレーションを用いて徹底的な検討を加えた。その結果、この転移が用いたポテンシャルモデルと昇温方法の詳細に依存することが明らかになった。なお、今年度に求められた精密なポテンシャルを用いたシミュレーションによれば、地球内核の可能なあらゆる温度圧力条件でE-Feが安定に存在することが確認された。
4.面心立方構造のα-Feについても、シミュレーションを行い、得られた結果をE-Feによるものと比較検討した。

研究成果

• [文献書誌] M.Matsui & G.D.price: "Computer simulation of the Mgsio_3 polymorphs" Phys.Chem.Minerals. 18. 365-372 (1992)
• [文献書誌] 松井 正典: "計算機シミュレーションの鉱物学への応用" 鉱用学雑誌. 21. 69-78 (1992)
• [文献書誌] 松井 正典: "MD法と結晶構造・相転移・物性計算" 鉱物学雑誌. 21. 205-209 (1992)
• [文献書誌] M.Akagi,K.Kusaba,J.Susaki,T.Yagi,M.Matsi,T.Kikegawa,H.Yasa & E.Ito: "High-pressure high-temperature stability of pb02-type Ti02 and MgSi03 majorite.in High Pressure Research(eds.)Y.Syono et al." Terra Sci.Pub.Co.(Tokyo)/Am.Geophys.Union(USA), 447-455 (1992)