氷天体内部のレオロジーに関する実験的研究

冰物体内部流变学的实验研究

基本信息

批准号：
18654095
负责人：
久保友明
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

1)氷-硫酸塩ハイドレートおよび氷-ダスト2相系の結晶粒成長カイネティクス真空焼結法を用いて空隙や気泡の少ない良質の出発物質を作成することに成功した。それを用いて大型冷凍庫内の恒温箱において・1℃から-7℃の条件で純氷多結晶体、氷+硫酸塩ハイドレートおよび氷+ダストの2相多結晶体を用いて粒成長実験を行った。2vo1%程度のごく少量の硫酸塩ハイドレートおよびダスト成分が氷の粒成長を大きく抑制することが明らかになった。ガリレオ衛星の外殻氷層は純氷である場合よりも、硫酸塩ハイドレートやダストなどの第2相粒子が少量含まれている方が、粒径が細粒に保持されてより軟化する可能性が高い。そのことが外殻氷層内における対流運動を可能にしているかもしれない。2)2次元X線回折時分割測定法を用いた氷の高圧相転移および氷高圧相の結晶粒成長カイネティクス実験ダイアモンドアンビルセルと放射光の単色X線回折法を用いて、0-3GPa,200-300Kの条件で、氷のVI-VIIIおよびVI-VII高圧相転移の核生成と成長のカイネティクスや氷VI相およびVII相の結晶粒成長カイネティクスをX線その場観察した。デバイリングの回折斑点から結晶数密度を推定する方法を用いて相転移や結晶粒成長にともなう氷高圧相の結晶粒径変化のカイネティクスを観察した。粒径標準物質を用いた回折斑点数の校正実験も行った。約15秒毎の時分割測定に成功しているが、回折斑点数を定量的に扱うためには結晶粒径と入射ビームサイズのバランスをより最適化する必要がある。3)CO_2 ice+H_2O ice 2相多結晶体の塑性変形実験MITのDurham博士らと協力し、CO_2 ice+H_2O ice 2相多結晶体の流動則を明らかにする実験を行った。CO_2 iceはH_2O iceに比較し非常に流動しやすいことが知られていた。本研究により、H_2O iceに少量のCO_2 iceが混ざることにより流動応力が大きく減少することが明らかになった。太陽系外縁部の氷天体表面は非常に低温であるにも関わらず、流動地形が見られる場合がある。そこでは固いH_2O iceに加えて柔らかい第2相の存在が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

1）采用冰-硫酸盐水合物和冰-尘两相体系的晶粒生长动力学真空烧结，成功制备出几乎没有空隙和气泡的高质量起始材料。利用这一点，我们在大型冷冻机的恒温箱中，在1°C至-7°C的温度下，使用纯冰多晶、冰+硫酸盐水合物和冰+灰尘两相多晶进行晶粒生长实验。结果表明，极少量的硫酸盐水合物和灰尘成分（约2vo1%）极大地抑制了冰粒的生长。如果伽利略卫星的外冰层含有少量的第二相颗粒，如硫酸盐水合物或灰尘，其颗粒尺寸可能会比纯冰保持得更细、更软。这可以实现外冰层内的对流运动。 2）冰高压相变二维X射线衍射时间分辨测量方法及冰高压相晶粒生长动力学实验2。在00℃条件下使用X射线原位观察了冰中VI-VIII和VI-VII高压相变的成核和生长动力学，以及冰VI和VII相的晶粒生长动力学。 -300K。我们使用一种从德拜环衍射点估计晶体数密度的方法观察了高压冰相中由于相变和晶粒生长而引起的晶粒尺寸变化的动力学。我们还使用粒度标准对衍射斑点的数量进行了校准实验。虽然我们已经成功实现了每15秒的时分测量，但为了定量处理衍射斑点的数量，还需要进一步优化晶粒尺寸和入射光束尺寸之间的平衡。 3）CO_2冰+H_2O冰两相多晶体的塑性变形实验我们与MIT的Durham博士等合作，进行了实验来阐明CO_2冰+H_2O冰两相多晶体的流动规律。众所周知，CO_2 冰比 H_2O 冰更具流动性。研究表明，少量CO_2冰与H_2O冰混合可大大降低流动应力。尽管太阳系外冰体的表面极其寒冷，但有时仍能看到流体地形。有人认为，除了硬质H_2O冰之外，软质第二相的存在也可能发挥重要作用。