マルチメガバールでの超高圧実験に基づく地球の内核の不均質構造の起源

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23740396
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 桑山 靖弘 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (00554015)
• キーワード: 地球中心核 / 高圧実験 / 相平衡

研究概要

地球の内核および外核には、地震波観測により得られた核の密度分布と鉄の高圧下での密度を比較した研究などにより、鉄やニッケルのほかに軽元素と呼ばれる鉄よりも軽い元素が含まれていることが示唆されている。常圧下では、鉄にその他の元素が固溶すると、融点・密度・結晶構造・弾性定数など様々な物性が大きく変化する事がよく知られており、高圧下においても同様に、軽元素の存在はその物性に大きな影響を与えると考えられる。核中の軽元素の候補として、水素・炭素・酸素・珪素・硫黄などが考えられているが、どの元素がどの程度含まれているかについてはいまだ議論が続いている。固体の鉄金属への各軽元素の固溶量を決めることは、核に含まれる軽元素の種類と量に制約を与えるうえで必要不可欠である。本年度は、前年度までの研究結果に加えて、レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルと放射光X線回折実験により、珪素の固体鉄への固容量を地球の中心核の温度圧力領域で決定した。その結果、比較的低圧での実験結果から示唆されていた通り、地球の中心核の温度圧力領域においても10wt%近い珪素が固体鉄へ固溶しうることが分かった。これらの実験結果と、弾性定数などの情報から、核の組成及び構造の推定を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Melting temperatures of H2O up to 72 GPa measured in a diamond anvil cell using CO2 laser heating technique (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, T., Kuwayama, Y. andYagi, T.
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 140 ページ: 074501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transition and substitution of Fe3+ in Al-bearing post-Mg-perovskite (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujino, K., Nishio-Hamane, D., Kuwayama, Y., Sata, N., Murakami, S., Whittaker, M., Shinozaki, A., Ohfuji, H., Kojima, Y., Irifune, T., Hiraoka, N., Ishii, T. and Tsuei, K.-D
  • 雑誌名: Phys. Earth. Planet. Inter. 巻: 217 ページ: 31-35
  • 査読あり
• [雑誌論文] :Spin transition, substitution, and partitioning of iron in lower mantle minerals (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujino, K., Nishio-Hamane, D., Nagai, T., Seto, Y., Kuwayama, Y., Whitaker, M., Ohfuji, H., Shinmei, T. and Irifune. T
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 228 ページ: 186-191
  • 査読あり
• [学会発表] Solubility of silicon in hcp-iron at high pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, Y.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2013
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 20130521-20130521