超高圧高温下における不純物含有固体金属の第一原理研究

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K03698
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17040:固体地球科学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 梅本 幸一郎 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (60726991)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 地球内核 / 超高圧高音条件 / 鉄合金 / 第一原理計算

研究成果の概要

地球内核は固体鉄合金で構成されているが、その化学組成は未だに確定していない。内核の温度と圧力は非常に高く、直接この温度圧力条件で固体鉄合金の密度と音速を測定するのは極めて難しい。そこで、信頼性の高い第一原理分子動力学法を用いて、固体鉄合金の密度を計算した。
同様の計算による先行研究と比べると、かなり大きい密度の水素濃度依存性を示すことができた。これにより、水素が存在することにより、先行研究で予想されたものより少ない量のケイ素、硫黄と水素を組み合わせることで内核の密度欠損を説明できることが期待される。

自由記述の分野

地球科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球の核が主に鉄からできており、それが液体の外核と固体の内核に分かれていること、そしてそれらが純粋な鉄ではなく軽元素との合金であるとは地震波測定からわかっている。地球の核の化学組成は、地球物理学において長年の未解決問題の一つであり、地球の進化の過程、さらには生命の起源を知る上で重要な要素である。先行研究と異なる密度の水素依存性を予言した本研究は、水素の存在によりケイ素、硫黄の存在も大きく束縛されるであろうことも示唆し、内核の化学組成の問題解決に向けて大きな一歩となる。