2019 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 | 初期地球 / 原始惑星 / 脱ガス / 原始太陽系星雲 / 還元型原始大気 / 大気散逸 / 元素分配 / 同位体分別 |
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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モデルを用いて調査し、その地球化学的な帰結の検討を進めた。概ね、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、マグマオーシャンを介して惑星深部に原始太陽系星雲ガス成分が取り込まれうることが明らかになった。地球深部起源のマントル物質が太陽組成に近い水素同位体比を示すことから、原始地球は星雲ガスの散逸前に火星質量以上に成長したことが示唆された。
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、大気成分の光解離の効果を取り込んだ。初期太陽に推定される紫外線強度を当てはめると、億年単位の時間スケールに渡って水素分子やメタンが地球原始大気に高濃度で残存する可能性が示唆された。同時に、流体力学的散逸にともなう主成分元素の同位体分別を推定し、現在の地球表層の揮発性元素量と同位体組成をもとに、原始大気の初期量とその後の進化の制約に着手した。
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の構築を進め、水素・炭素に加えて、窒素と硫黄の取り込みを進めた。数百気圧以上の圧力下では、窒素が金属相へ選択的に分配され、なおかつ初期地球の温室効果源そして生命前駆物質として着目されるアンモニアが一定量生成されること、また、2000 K超の高温下では、硫黄化合物の気相分配が顕著になることが示された。
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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進展し、一部の成果を査読付き論文として報告した。元素分配の熱力学モデルについては、大枠が構築でき、現在、モデルに組み込む経験的熱力学データの吟味を進めている。総合的に、おおむね順調と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
揮発性元素分配の熱力学モデルを、特に硫黄系について固めるとともに、初期大気の組成モデルにフィードバックする。
集積期の原始大気の質量と成層構造の進化を、集積期の惑星表層および内部の熱進化と併せてシミュレートする。
光化学過程を含む流体力学的散逸モデルを拡張し、初期大気進化の数値的解析を進め、揮発性元素の存在量や同位体組成など地球化学的データを用いた大気進化経路の制約を進める。
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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