高圧下音速測定による中心コアの組成解明

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14418
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 中島 陽一 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (50700209)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 地球コア / 軽元素 / 液体鉄合金 / 高圧下音速測定 / 非弾性X線散乱

研究成果の概要

液体鉄、液体鉄リン合金、液体鉄窒化合金の音速を、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル装置と非弾性X線散乱法により最大80GPaまで決定した。その結果、液体鉄の音速に対して、リンはほとんど寄与せず、窒素は増大させることが明らかとなった。得られた圧力－音速データからそれぞれの合金の状態方程式を構築し、地球液体外核圧力領域における音速と密度も見積もり、地震波観測と比較した。その結果、液体外核中のリン及び窒素の最大存在量はそれぞれ17wt%及び3.5wt%と制約された。

自由記述の分野

高圧地球科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球中心核の化学組成は、地球の材料物質、マグマオーシャンから金属核が分離した核形成時の状況、及びマントル対流・コアダイナモといった現在のダイナミクスを理解するために欠かせない。地球中心核の大部分を占める液体外核は鉄(Fe)を主成分とし、10％程度の軽元素が含まれていることが知られているが、この軽元素種類、量比についてはは未解明のままである。当核研究課題では、コア軽元素の候補であるリンと窒素に着目し、これら元素と鉄の液体合金の音速を高圧下で測定し、地球中心核の唯一の観測情報である地震波速度と比較することで、リン及び窒素の含有量に制約を与えた。