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2022 年度 実績報告書

核ーマントル境界における熱電効果による鉄同位体分別の探索

研究課題

研究課題/領域番号 21K18657
研究機関岡山大学

研究代表者

芳野 極  岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (30423338)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
キーワード鉄同位体 / ゼーベック係数 / 高圧実験 / 酸化還元反応 / 核マントル境界
研究実績の概要

鉄は太陽系の非揮発性元素の中でも最も豊富な元素の1つで、惑星の形成と分化過程において重要な役割を果たしている。地球のマントルの鉄同位体(δ57Fe)は、コンドライトと同等のδ57Feを持つ火星、小惑星ベスタに対して約0.1‰高いが、高温高圧でのケイ酸塩メルトの実験はコアとマントルの分離時にこのような分別が起きる可能性を否定している。本研究では、CMB上部に位置するマントル最下部は地球内部最大の熱境界層であることから、大きな温度差による熱電(ゼーベック)効果により、CMBで酸化還元反応が起こり、マントル物質の鉄同位体分別が引き起こされたという仮説を検証する研究である。
本年度は大容量マルチアンビルプレスを用いた高圧実験でゼーベック係数の測定をより高圧領域の拡張を行った。ゼーベック係数の測定については、昨年度開発した熱電対を2対、デュアル加熱用のヒーター電極を2対、さらに熱起電力測定の電極合計10本を取り出すセルの小型化を行い、核マントル境界で安定に存在しているブリッジマナイトの安定領域での測定を目指した。本研究では、まずマントル遷移層における安定相である含水ワズレアイトのゼーベック係数の測定を行った。鉄入りのワズレアイトに関してはゼーベック係数の決定に成功したが、より高圧で安定なブリッジマナイトの測定には至らなかった。一方、酸化還元反応を再現するためにケイ酸塩試料の片側を鉄合金としてその反対側に白金の電極を配置して直流電場を与えることで、温度差によって生じる熱起電力を模した実験をブリッジマナイトの安定領域で試みたが、高温時で鉄合金が融解するとヒーターが不安定になるなど多くの問題が生じたために酸化還元反応の観察を行うことはできなかった。ブリッジマナイトの酸化還元反応実験が成功しなかったため、期間中に鉄同位体分析に至ることはできなかった。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Effect of Iron Content on Thermal Conductivity of Ferropericlase: Implications for Planetary Mantle Dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Zhang Youyue、Yoshino Takashi、Osako Masahiro
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 50 ページ: e2022GL101769

    • DOI

      10.1029/2022gl101769

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of Solid?Solid Transition in Ti and Zr at High Pressure by Electrical Resistivity2023

    • 著者名/発表者名
      Ezenwa Innocent C.、Yoshino Takashi
    • 雑誌名

      physica status solidi (b)

      巻: 2023 ページ: 2300079

    • DOI

      10.1002/pssb.202300079

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interaction of carbonates with peridotite containing iron metal: Implications for carbon speciation in the upper mantle2022

    • 著者名/発表者名
      Martirosyan N.S.、Shatskiy A.、Litasov K.D.、Sharygin I.S.、Yoshino T.
    • 雑誌名

      Lithos

      巻: 428-429 ページ: 106817~106817

    • DOI

      10.1016/j.lithos.2022.106817

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Editorial: Water in the Earth’s interior2022

    • 著者名/発表者名
      Fei Hongzhan、Zhang Baohua、Liu Jia、Yoshino Takashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Earth Science

      巻: 10 ページ: 1~2

    • DOI

      10.3389/feart.2022.1030793

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Electrical conductivity of hydrous silicate melt atop of the 410 km seismic discontinuity2022

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshino, R. Wang
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of bridgmanite and post-spinel: implications for planetary mantle dynamics and evolution2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Zhang, T. Yoshino, M. Osako
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • 国際学会
  • [学会発表] Oxidizing magma ocean due to redox disproportionation of Fe2+ at high pressures and implications for the atmosphere Electrical conductivity of hydrous silicate melt atop of the 410 km seismic discontinuity (4/2022

    • 著者名/発表者名
      H. Kuwahara, R. Nakada, S. Kadoya, T. Yoshino, T. Irifune
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • 国際学会
  • [学会発表] 410km不連続面直上の含水メルトの電気伝導度測定2022

    • 著者名/発表者名
      芳野 極, Wang Ran
    • 学会等名
      第63回高圧討論会

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公開日: 2023-12-25  

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