地球中心核の構成と進化

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18104009
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大谷 栄治 東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (60136306)
• 研究分担者: 近藤 忠 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (20252223) ; 鈴木 昭夫 東北大学, 大学院理学研究科, 助手 (20281975) ; 寺崎 英紀 東北大学, 大学院理学研究科, 助手 (50374898) ; 宮原 正明 東北大学, 大学院理学研究科, COEフェロー (90400241)
• キーワード: 地殻・マントル物質 / 固体地球物理学 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 地球惑星内部構造 / 高温高圧

研究概要

(1)核マントル境界条件,140GPa,3000Kまでの条件で金属鉄とペロブスカイト相,ポストペロブスカイト相の反応様式を解明した.これによると4〜6wt.%の珪素と酸素が溶融金属鉄に溶け込むことが明らかになった.金属鉄と高圧で安定な含水相AlOOH相との反応を明らかにした.60GPa以上の圧力では,1300K以上でFeHが生成し,含水相は不安定化することが明らかになった.
(2)試料の安定な過熱のために,加熱領域を絞ることができるファイバーレーザーシステムを導入し,100GPa以上でも効果的に過熱できるようになった.
(3)高温高圧で回収した試料の分析電子顕微鏡観察による元素分析の方法を確立した.これによって,O, Si, K, Pt, Osなど金属鉄に溶融する元素の定量分析の準備が整った.
(4)核の条件を目指して,Fe-Si系の高圧相,その圧縮,融点の測定を100GPa以上まで行った.特にFe-Si系のサブソリダス温度を120GPaまで測定した.
(5)外核の性質を解明するために,Fe-S融体の液相不混和,密度を3GPa程度まで明らかにした.測定には浮沈法とともに放射光を用いたX線ラジオグラフィ法を使用した.また,同様の方法で,Fe-S, Fe-C系の融体の粘性率を世界最高の15GPaまで明らかにした.

研究成果

• [雑誌論文] Immiscible two-liquid regions in the Fe-O-S system at high pressure : Implications for planetary cores. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tsuno K., Ohtani E., Terasaki H.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 160 ページ: 75-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between iron and post-perovskite at core-mantle boundary and core signature in plume source region. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai T., Kondo T., Ohtani E., Terasaki Hi., Endo N., Kuba T., Suzuki T., Kikegawa T.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 33 ページ: Doi:10.1029, 2006GL026868
• [雑誌論文] Partitioning of potassium between iron and silicate at the core-mantle boundary. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirao N., Ohtani E., Kondo T., Endo N., Buba T., Suzuki T., Kikegawa T.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 33 ページ: Doi:10.102, 2005GL025324
• [雑誌論文] Reaction between liquid iron and (Mg, Fe)SiO_3-perovskite and solubilities of Si and O in molten iron at 27 Gpa (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawazoe T., Ohtani E.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals ページ: Doi10.1007, s00269-006-0071-4
• [雑誌論文] Effect of pressure on viscosity of Fe-C liquids up to 16GPa. (2006)
  • 著者名/発表者名: Terasaki H., Suzuki A., Ohtani E.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 33 ページ: Doi:10.1029, 2006GL027147
• [雑誌論文] In situ determination of phase and melting relations of Fe-FeS-FeO system at high pressure and temperature applications to the Martian core. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohtani E., Kawazoe T., Suzuki A., Terasaki H., Konstantin L., Nishida K.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimaental Report, 2005B (web掲載)
• [雑誌論文] Viscosity measurement of molten Fe-S-O alloy above 20 Gpa. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ohtani E., Terasaki H., Suzuki A., Tsuno K., Nishida K., Sakamaki T., Yu X., Secco R.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimaental Report, 2005B (web掲載)
• [雑誌論文] Viscosity measurements of molten Fe-alloy above 20 Gpa. (2006)
  • 著者名/発表者名: Terasaki H., Suzuki A., Ohtani E., Nishida K., Sakamaki T.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2005B (web掲載)
• [雑誌論文] Viscosity of liquid Fe-Si Alloys at high pressures and temperatures. (2006)
  • 著者名/発表者名: Secco R., Ohtani E., Litasov K., Suzuki A., Terasaki H., Kawazoe T., Nishida K., Sakamaki T.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2005B (web掲載)
• [雑誌論文] Melting relations of Fe-FeS system under ultra-high pressures. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sakai T., Kobayashi Y., Hirao N., Ohtani E., Sata N., Ohishi Y.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2005B (web掲載)
• [雑誌論文] Equation of state of iron to 202 Gpa. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hirao N., Kondo T., Ohtani E., Ohishi Y.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2006A (web掲載)
• [雑誌論文] 高圧下における静滴法を用いたFe-S融体の界面エネルギー測定 (2006)
  • 著者名/発表者名: Terasaki H., Ohtani E., Suzuki A., Tsuno K., Sakamaki T., Nishida K., Asanuma H., Litasov K., Secco R., Yu X.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2006A (web掲載)
• [雑誌論文] Iron-water reacton under ultra-high pressure. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kondo T., Sakai T., Ohtani E., Hirao N., Sata N., Ohishi Y.
  • 雑誌名: SPring-8 User Experimental Report, 2006A (web掲載)
• [図書] Advance in High Pressure Mineralogy (2007)
  • 著者名/発表者名: Ohtani E.(Editor)
  • 出版者: Geological Society of America, Monograph volume 421(in press)