Light elements in the Earth's core revealed by ultrahigh-pressure experiments

超高压实验揭示了地核中的轻元素

基本信息

批准号：
21H04968
负责人：
廣瀬敬
金额：
$ 402.44万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-05-18 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04968/
关键词：
コア軽元素鉄合金超高圧ダイヤモンドセル

项目摘要

本研究の鍵となる水素を含む鉄合金系の実験を集中的に行った。Fe-FeH系はFukai (1992)以来、連続固溶体系と考えられていた。しかし本研究により、Fe-FeH系の融解開始温度が端成分FeHの融解温度よりも十分低いことが明らかとなり、>40GPaでは共融系であることが初めてわかった。さらにFe-FeH系の共融点組成（水素濃度）ならびに固体-液体鉄間の水素の分配を見積もることに成功した。共融点の水素濃度は外核中の水素量の上限を与える、外核-内核間の水素の分配が計算可能になるという意味で、これらは極めて重要な成果と言える。Fe-FeH系の共融点組成が得られたことにより、外核が軽元素に乏しい内核を結晶化するための条件が厳しくなった。そして、この条件を満たす組成範囲と、外核で観測される密度・縦波速度を説明する組成範囲がほとんど重ならない（この２つの制約を満たす組成範囲がかなり狭い）ことがわかった。さらには、本研究の技術開発の目玉であるクライオSIMSの開発に成功し、高圧下でコア（金属鉄）-マントル（シリケイト）間で水素の同位体が大きく分別する結果が得られた。これにより、地球全体の水素同位体比が推定できた上、隕石のデータと比較して地球の炭素／水素比を得ることができた。軽元素同士の大きな相互作用を考慮した、超高圧下での固体鉄（内核）と液体鉄合金（外核）の間の軽元素の分配係数も明らかになった。これらの結果を基に、外核・内核それぞれの軽元素組成を狭い範囲に絞り込むことに成功した。その他、液体鉄合金の密度・速度の測定、リキダス相関係の決定、固体鉄・鉄合金の密度・速度決定、金属-シリケイト間の軽元素分配などを精力的に進めた。

我们对含有氢的铁合金系统进行了密集实验，这是这项研究的关键。自Fukai（1992）以来，FE-FEH系统被认为是连续的实心解决方案系统。但是，这项研究表明，Fe-Feh系统的熔化起始温度足够低于最终组件FEH的熔化起始温度，并且第一次发现它在40GPA> 40GPA时。此外，我们成功地估计了Fe-Feh系统的共晶组成（氢浓度）以及固体和液态铁之间氢的分布。从某种意义上说，这些结果是极其重要的结果，即共晶型的氢浓度给出了外部芯中氢气量的上限，从而可以计算外部核心和内核之间的氢分布。已经获得了Fe-FEH系统的共晶组成，并且具有光元素的内核结晶的条件变得更加严格。然后发现满足这种情况的组成范围以及解释在外部芯上观察到的密度和纵向波速度的组成范围几乎重叠（满足这两个约束的组成范围相当狭窄）。此外，我们已经成功地开发了一项冷冻模拟人生，这是这项研究的技术开发的亮点，并获得了在高压下核心（金属铁）和地幔（硅酸盐）之间大量分馏氢同位素的结果。这使我们能够估计整个地球的氢同位素比，并与陨石数据相比获得地球的碳/氢比。还揭示了在超高压力下固体铁（内芯）和液态铁合金（外芯）之间的光元件的分区系数，考虑到光元素之间的较大相互作用。基于这些结果，我们成功地将外部和内核的光元素组成缩小到狭窄的范围。做出了其他努力，以测量液态铁合金的密度和速度，确定液体相关性，确定固体铁和铁合金的密度和速度，并在金属和硅酸盐之间分配光元素。

项目成果

期刊论文数量（81）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Melting experiments on Fe-C-O to 200?GPa; liquidus phase constraints on core composition

Fe-C-O至200GPa熔化实验；

DOI：
10.7185/geochemlet.2218
发表时间：
2022
期刊：
Geochemical Perspectives Letters
影响因子：
4.9
作者：
Sakai F.;Hirose K.;Umemoto K.
通讯作者：
Umemoto K.

Density Determination of Liquid Iron-Nickel-Sulfur at High Pressure

高压下液态铁镍硫密度的测定

DOI：
10.2138/am-2021-7924
发表时间：
2022
期刊：
American Mineralogist
影响因子：
3.1
作者：
Saori I. Kawaguchi;Guillaume Morard;Yasuhiro Kuwayama;Kei Hirose;Naohisa Hirao;Yasuo Ohishi
通讯作者：
Yasuo Ohishi

Magnetism and equation of states of fcc FeHx at high pressure

高压下 fcc FeHx 的磁性和状态方程

DOI：
10.2138/am-2022-8452
发表时间：
2023
期刊：
American Mineralogist
影响因子：
3.1
作者：
Hitoshi Gomi;Kei Hirose
通讯作者：
Kei Hirose

Collective dynamics of liquid acetone investigated by inelastic X-ray scattering

非弹性 X 射线散射研究液体丙酮的集体动力学

DOI：
10.1016/j.molliq.2021.115825
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Molecular Liquids
影响因子：
6
作者：
Hosokawa Shinya;Kamiyama Takashi;Yoshida Koji;Yamaguchi Toshio;Tsutsui Satoshi;Baron Alfred Q.R.
通讯作者：
Baron Alfred Q.R.

Hydrogen isotopic exchange kinetics between organic matter and water: Implications for chemical evolution during meteorite parent body processing.

有机物和水之间的氢同位素交换动力学：对陨石母体加工过程中化学演化的影响。

DOI：
10.1111/maps.13629
发表时间：
2021
期刊：
Meteoritics & Planetary Science
影响因子：
2.2
作者：
Kebukawa;Y.;Kobayashi;S.;Kawasaki;N.;Wang;Y.;Yurimoto;H. and Cody;G. D.
通讯作者：
G. D.

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廣瀬敬其他文献

Weight representations of affine Kac-Moody algebras and small quantum groups

仿射 Kac-Moody 代数和小量子群的权重表示

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ito;K.;H. Yamada;M. Yamaguchi;T. Nakazawa;N. Nagahama;K. Shimizu;T. Ohigashi;T. Shinoda;and K. Tsuboki;H.Sekiya;山崎　忠勝;赤司千恵・中山誠二;廣瀬敬;Tomoyuki Arakawa
通讯作者：
Tomoyuki Arakawa