超高圧下における金属鉄と鉱物の反応と地球中心核の組成

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08640534
• 研究機関: 学習院大学
• 研究代表者: 鈴木 敏弘 学習院大学, 理学部, 助手 (40235974)
• 研究分担者: 赤荻 正樹 学習院大学, 理学部, 教授 (30126560)
• キーワード: 地球中心核 / 超高圧実験

研究概要

6-8型マルチアンビル超高圧発生装置を用いて、10〜15GPaの圧力において超高圧下での金属鉄と珪酸塩鉱物の反応実験を行ない、酸素、珪素などの元素が金属鉄中にどのように溶解するかを調べた。8年度の研究では、15GPaでは10重要%程度の酸素が金属鉄中に存在することを明らかにしたが、本年度は金属鉄と共存する珪酸塩鉱物の組成を変化させ、金属鉄中への酸素溶解量への影響を調べた。その結果、Mg成分に富む珪酸塩が金属鉄と共存した場合には、FeOの溶解量が減少する傾向が認められた。このため、金属鉄中のFeO量は共存する珪酸塩鉱物の組成に依存しており、珪酸塩鉱物中のFeO量が減少すると共に、金属鉄中に溶解するFeO量も減少すると考えられる。また、本年度は15GPaだけでなく、10GPaでも実験を行った。10GPaで行った実験では、金属鉄中に溶解している酸素量は非常に小さくなっており、樹枝状あるいは球状のFeOは非常にすくなかった。ただし、鉄中に溶解していた水素が気泡化したと見られる小さな穴が多数観察され、水素だけが金属鉄中に溶解していたと考えられる。現時点では、金属鉄と珪酸塩鉱物のどちらとも反応しない試料容器が存在しないため、試料を化学平衡にまで到達させることが出来なかっただけではなく、試料容器やヒーターからかなりの量の不純物が混入する結果となってしまった。このため、本研究の結果は反応速度の要因も含んだ結果となり、完全に金属鉄と珪酸塩の反応機構を解明するには至らなかった。将来、試料容器の改善、あるいは加圧方法、加熱方法の改善が必要である。

研究成果

• [文献書誌] Suzuki,T.,M.Akaogi and T.Yagi: "Pressure dependence of Ni,Co and Mn partitioning between iron hydride and olivine,magnesiowustite and pyroxene" Physics of the Earth and Planeary Interiors. 96. 209-220 (1996)
• [文献書誌] Ishizaka,N.,M.Akaogi and T.Suzuki: "Thermodynamic properties of K_2Si4O_9 and Na_2Si_4O_9 glasses quenched from melts at high pressures and high temperatures" Minerarogical Journal. 18. 139-146 (1996)
• [文献書誌] Kubo,A.,T.Suzuki and M.Akaogi: "High pressure pahse equilibria in the system CaTiO_3-CaSiO_3:Stability of perovskite solid solutions" Physics and Chemistry of Minerals. 24. 488-494 (1997)
• [文献書誌] Suzuki,T.and M.Akaogi: "Element partitioning between some mantle minerals and the coexisting silicate melt under high pressure" High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials,Amer.Geophys.Union Monograph. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] Akaogi,M.,H.Kojitani,K.Matsuzaka,T.Suzuki and E.Ito: "Postspinel transformations in the system Mg_2SiO_4-Fe_2SiO_4:Element partitioning,calorimetry,and thermodynamic calculation" High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials,Amer.Geophys.Union Monograph. (印刷中). (1998)
• [文献書誌] Ito,E.,T.Katsura,K.Morooka,O.Ujike and T.Suzuki: "Reactions between molten iron and silicates at high pressure" High Pressure-High Temperature Research:Properties of Earth and Planetary Materials,Amer.Geophys.Union Monograph. (印刷中). (1998)