研究課題
当該研究課題は、レーザー加熱ダイアモンドアンビルセルを用いた高温高圧実験により、地球深部条件における鉄および鉄合金の融点を決定する。これにもとづき、地球中心の温度とその熱進化を議論するものである。これまで鉄、鉄-ケイ素系、鉄-ケイ素-硫黄系について内核温度圧力条件まで実験を行い、固相関係、融解相関係、融点を制約してきた。本年度はさらに核に含まれる主要な軽元素の一つである硫黄に着目し、鉄-硫黄系の実験に着手した。まずは鉄-硫黄系の状態図構築のためFe3S2を出発物質とした高温高圧実験を行った。Fe3S2はマルチアンビル型高圧装置を用いて合成された。実験は大型放射光施設SPring-8のビームラインBL10XUにおいて放射光X線を用いた高温高圧その場観察を行った。X線回折100GPaまでは単相で安定であったFe3S2が240GPaではB2相とFe3Sへの分解が確認された。さらに鉄に8.7wt%の硫黄を含む試料を用いて融解実験を行った。欧州シンクロトロン放射光研究所(ESRF)ビームラインID27におけるX線回折実験による。実験条件は160-240GPaであった。X線回折および試料への入力レーザーパワーに対する温度上昇の応答から融点を決定した。240GPaでは融点は3700Kであった。先行研究と合わせて構築された融解曲線により、内核外核境界における4600Kと制約された。これは純鉄の融点に比べて1600Kの著しい融点降下である。さらに回折線の消失から共融点組成を制約した。先行研究と合わせた外挿によると、圧力とともに共融点組成は著しく減少し、内核外核境界で8wt%であると見積もられる。地震波による観測結果を満たすためには、核全体の化学組成は共融点組成よりも鉄に富んでいる必要がある。このため、核中の硫黄量の上限は8wt%と見積もられる。
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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NATURE COMMUNICATIONS
巻: 6 ページ: 8942
10.1038/ncomms9942
