Origin of inner core hemispherical dichotomy : laboratory modeling using transmitted and reflected waves

内核半球二分法的起源：使用透射波和反射波的实验室建模

基本信息

批准号：
21K03717
负责人：
隅田育郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地震学的観測に基づき、内核を構成する鉄の結晶サイズが東西半球で異なるという仮説が提案されている。本研究はこの仮説を検証する基礎として、水で飽和した粉粒体（粒径ｄ）層の表面で反射、またその中を透過する超音波（波数ｋ）を実測し、ｋｄの関数で反射係数、コーダ波、Ｐ波速度Ｖｐ、減衰（１/Q）を調べることを目的としている。昨年度完成した円筒型容器に1MHzと10MHzの超音波素子を設置し、粉粒体の粒径を２桁以上変えて、反射波、透過波の測定を行った。そしてｋｄが増加すると、入射する波形と類似したeffective-medium type、レイリー散乱の特徴である正分散が見られるdispersion - type、コーダ波を伴うcoda - type、の３通りに分類した。そして反射波と透過波の波形の組み合わせから、ｄを４つの範囲に制約できることを示した。反射係数については先行研究と同様にｄと伴に減少することを確認した。さらに反射波に伴うコーダ波のエンベロープを解析したところ、ｄの増加と伴に、コーダのエネルギーが増大することに加えて、ピークが遅延することが分かった。そこで地震学で使われてきたエンベロープのモデルにフィットしたところ、エンベロープの減衰を表わすコーダＱよりも、波の広がりを指すパラメータｎの方が粒径に強く依存することが分かった。これは内核の反射コーダのｎ値から粒径が制約できることを示唆している。次に粉粒体層の厚さを反射波で測定した上で、透過波を計測した。その結果、粒径が大きくなるに従い、Vp、減衰が増大すること、また有効媒質理論、波線理論から推定されるVpと整合的であることを示した。これは内核の東半球の方が粒径が大きいという仮説を実験的に裏付ける結果である。以上の結果は、指導学生の修士論文としてまとめられ、投稿論文の準備を開始した。

根据地震学观测，有人提出，构成内核的铁晶体的大小在东半球和西半球之间有所不同。在本研究中，作为验证这一假设的基础，我们实际测量了在水饱和粉末层（粒径 d）表面反射并穿过其传播的超声波（波数 k），并将反射波作为以下函数： kd. 目的是研究系数、尾波、P 波速度 Vp 和衰减 (1/Q)。我们在去年完成的圆柱形容器中安装了1MHz和10MHz超声波元件，通过改变粉末粒径两个数量级以上来测量反射波和透射波。随着 kd 的增加，它分为三种类型：有效介质型，其波形与入射波形相似；色散型，显示正色散，这是瑞利散射的特征；尾波型，涉及尾波。我们还表明，通过反射波和透射波波形的组合，d 可以被限制在四个范围内。与之前的研究一样，已证实反射系数随着 d 的增加而减小。此外，当分析伴随反射波的尾波的包络线时，发现随着d增加，尾波能量增加并且峰值被延迟。在拟合地震学中使用的包络模型时，我们发现表示波传播的参数 n 比表示包络衰减的尾波 Q 更强烈地依赖于颗粒尺寸。这表明颗粒尺寸可以通过内核反射编码器的n值来限制。接下来，使用反射波测量粉末层的厚度，然后测量透射波。结果表明，随着粒径的增大，Vp和衰减增大，这与有效介质理论和波浪线理论估计的Vp一致。这一结果在实验上支持了内核东半球颗粒尺寸较大的假设。上述成果已被指导学生总结为硕士论文，论文投稿准备工作已开始。