2018 Fiscal Year Research-status Report
Formation and evolution of a reduced-type proto-atmosphere on early Earth
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18K03719
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
倉本 圭 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50311519)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 還元型原始大気 / 初期地球 / 原始惑星 / 原始太陽系星雲 / 衝突脱ガス / 元素分配 / 大気散逸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微惑星集積期の原始惑星上における脱ガス大気成分と原始太陽系星雲ガス成分の混合過程について数値的に調査した。これは、微惑星衝突による惑星表面からの集積熱ならびに脱ガス成分の供給と、惑星周囲からの原始太陽系星雲ガスの重力束縛を考慮し、大気の放射対流平衡構造の進化を数値的に求め、両成分の密度成層の安定性を追跡したものである。火星材料物質を想定した脱ガス成分を与えた場合、0.1地球質量を上回る原始惑星では両成分の混合が起き、惑星内部に原始太陽系星雲ガス成分が取り込まれるようになる可能性を示した。太陽極端紫外線の照射によって駆動される、水素に富む初期大気の流体力学的散逸モデルの構築を進め、光学活性分子種による放射冷却と分離の光解離の効果を取り込んだ。手始めとして、火星質量の惑星に対して、紫外線強度や下層大気の重元素濃度などの諸条件を変えた数値シミュレーションを実施した。数値モデルが順調かつ物理的に整合的な動作をすることを確認することができ、また、メタンの光解離と赤外熱放射によるエネルギー消費が、散逸流速を著しく低下させることが示された。初期太陽に推定される紫外線強を当てはめた場合、惑星形成後数億年間に渡って原始大気に水素分子が高濃度で残存する可能性が示唆された。集積期の惑星における揮発性元素のガス・シリケイトメルト・金属鉄間の分配の熱力学モデル構築の検討を進め、水素・炭素に加えて、窒素の取り込みに向けた定式化を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
原始大気の組成的成層構造と流体力学的散逸の数値モデリングが予想以上に進展した。原始分配の熱力学モデルについては、窒素分配について予察的な結果を得たが、他の揮発性元素との化学的相互作用を今後とりいれる必要がある。総合的におおむね順調と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 揮発性元素分配の熱力学モデルを拡張する。
2) 集積期の原始大気の質量と成層構造の進化を、集積期の惑星内部の熱進化と併せてシミュレートする。
3) 光化学過程を含む流体力学的散逸モデルを地球質量の惑星に適用し、数値的解析を進める。
4) 還元型原始大気の温室効果の数値モデリングを行う。
以上から、還元型原始大気の形成と、その初期地球における熱・組成構造の進化の理論的な解明を進める。
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