高圧下の鉄合金の特性とコアの軽元素組成の制約

高压下铁合金的特性及对核心轻元素成分的约束

• 批准号: 21H04506
• 负责人: 廣瀬 敬
• 金额: $ 26.87万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04506/
• 关键词: コア; FeH合金; 融解実験; 共融点組成; 地球コア; 超高圧; 鉄合金; 水素

結果的に１ヶ月半という期間となった本課題について、以下の７つの研究を進めた。１）SPring-8のビームラインBL43LXUにおけるX線非弾性散乱法を使った液体FeOの縦波速度測定に関し、過去の測定データの解析と６月のビームタイムに向けた実験準備を行った。また２）同じくSPring-8のビームラインBL10XUにおけるX線回折測定によって、超高圧高温まで 固体Feの格子体積を求め、状態方程式を決定するためのデータを解析した。さらに３）固体FeHの高圧高温下における体積データから高温の状態方程式を作成するとともに、４）Fe-FeH系の高圧高温実験を行って、状態図の作成を試みた。クライオ二次イオン質量分析法を使って、回収試料の三次元水素濃度マッピングを行い、水素の定量分析法の開発を進めた。５）Fe-Si系の実験も200万気圧までやり直し、共融点の化学組成の圧力変化を正確に見積もった。６）コア形成時の金属-シリケイト分配についても二次イオン質量分析法を使った定量を行い、水素（水）が系に含まれることにより、硫黄と炭素の分配係数が大きく変化する（メタルに分配されにくくなる）ことを見つけた。最後に、７）沈み込んでいく海洋プレート（スラブ）は水をコアーマントル境界まで輸送し、その高温環境下で脱水した水はコアの金属鉄と化学反応を起こして、鉄水酸化物などを作ると従来考えられていた。ところが今回二次イオン質量分析法を使って行った、含水SiO2相の含水量を定量する実験によって、スラブが運んだ水は脱水せず、コアーマントル境界域に水を供給しないことが明らかになった。

结果这个项目历时一个半月，进行了以下七项研究。 1）关于在SPring-8的束线BL43LXU上使用X射线非弹性散射法测量液态Fe3O的纵波速度，我们分析了过去的测量数据并为6月份的束流时间做好了准备。 2）利用SPring-8的光束线BL10XU的X射线衍射测量，我们确定了超高压和高温下固体Fe的晶格体积，并分析数据以确定状态方程。此外，3）我们根据高压高温下固体 FeH 的体积数据创建了高温状态方程，4）对 Fe-FeH 系统进行了高压和高温实验，试图创建一个相图。利用低温二次离子质谱技术，对回收的样品进行三维氢浓度图谱分析，并开发了定量氢分析方法。 5）对Fe-Si系统进行了高达200万个大气压的重复实验，并准确估计了共晶点化学成分的压力变化。 6）还利用二次离子质谱法对成核过程中的金属硅酸盐分布进行了定量，发现系统中包含氢（水）显着改变了硫和碳（金属（变得难以分布）的分配系数） ）。最后，7）俯冲的大洋板块（板片）将水输送到核幔边界，脱水的水在这种高温环境下与地核中的金属铁发生化学反应，生成氢氧化铁等。之前以为可以做出来。然而，使用二次离子质谱法定量含水 SiO2 相的水含量的实验表明，板片携带的水不会脱水，并且不会向核幔边界区域提供水。

项目成果

Post-Perovskite Phase Transition in the Pyrolitic Lowermost Mantle: Implications for Ubiquitous Occurrence of Post-Perovskite Above CMB

• DOI: 10.1029/2021gl096219
• 发表时间: 2022-01-16
• 期刊: GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS
• 影响因子: 5.2
• 作者: Kuwayama, Yasuhiro;Hirose, Kei;Ohishi, Yasuo
• 通讯作者: Ohishi, Yasuo