地球核中の水素: 超高圧下における金属鉄-ケイ酸塩液相間水素分配の実験的研究

地核中的氢：超高压下金属硅酸铁液相之间氢分配的实验研究

基本信息

批准号：
26887015
负责人：
野村龍一
金额：
$ 0.92万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-08-29 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的は、地球形成時、融けたコア物質とマントル物質(マグマオーシャン)が高圧下で化学平衡に達することで、水素がどのくらいコアに分配されうるかを実験的に検証することである。コアを含む地球内部の水素の量を明らかにすることは、地球形成環境を推定する上で非常に重要である。レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを利用することで実際に初期地球で起きたと思われる高圧高温環境を実験室に再現し、コア物質である金属鉄とマントル物質であるケイ酸塩の間の水素分配挙動を明らかにする。本年度は特に、レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセルを用いた液体ケイ酸塩と液体金属鉄の化学平衡実験系の確立を行った。出発物質としてコアの主成分である金属鉄の箔、マントル物質としてブルーサイトとMg-freeパイロライト組成のゲルの粉末混合物(全体のMg/Si比をパイロライト組成になるように調整)を用いた。金属鉄の箔をケイ酸塩ペレットで挟み、さらに断熱材(鉄を含まないパイロライト組成のゲル)で挟んだもの加圧し、レーザーで加熱した。試料を脱圧回収後、集束イオンビームで研磨し、レーザー加熱領域の電顕観察を行った。予備実験ではFeO層が金属鉄とケイ酸塩の間に生じ(3Fe + H2O = FeO + 2FeH)、液体金属鉄と液体ケイ酸塩の化学反応を阻害することが分かった。そこで出発物質の金属鉄、ケイ酸塩や断熱材の厚み、レーザー加熱時の昇温速度を最適化することで、液体金属鉄の周りを液体ケイ酸塩が取り囲むテクスチャを作り出すことに成功すると同時に、ケイ酸塩、金属鉄ともに均質な組成を持つ液体ケイ酸塩-液体金属鉄の化学平衡実験系の確立に成功した。

该研究项目的目的是通过实验验证地球形成过程中，当熔融的地核物质和地幔物质（岩浆海洋）在高压下达到化学平衡时，有多少氢可以分配到地核。阐明地球内部（包括其核心）的氢含量对于估计地球形成的环境极其重要。通过使用激光加热的金刚石砧室，我们在实验室中重现了早期地球上实际发生的高压高温环境，并研究了核心材料金属铁和硅酸盐之间的氢分配行为。地幔材料显露出来。特别是今年，我们使用激光加热金刚石砧池建立了液态硅酸盐和液态金属铁的化学平衡实验系统。使用作为芯的主要成分的金属铁箔作为起始材料，以及水镁石和具有不含Mg的叶伏石成分的凝胶的粉末混合物（调整总体Mg/Si比率以具有叶伏石）成分）被用作地幔材料。将金属铁箔夹在硅酸盐颗粒之间，然后夹在绝缘材料（不含铁的镁铁矿组合物凝胶）之间，然后用激光加压和加热。将样品减压并收集后，用聚焦离子束抛光，并用电子显微镜观察激光加热区域。初步实验表明，金属铁和硅酸盐之间形成FeO层（3Fe + H2O = FeO + 2FeH），抑制液态金属铁和液态硅酸盐之间的化学反应。通过优化起始材料金属铁、硅酸盐和绝缘材料的厚度以及激光加热过程中的升温速率，我们成功地创建了液态硅酸盐包围液态金属铁的纹理，并成功建立了化学平衡实验系统。对于液态硅酸盐和液态金属铁，其中硅酸盐和金属铁均具有均匀的成分。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Metal-silicate partitioning of uranium and thorium up to 138 GPa and 5500 K and implications for stratified layer at the top of the outer core

高达 138 GPa 和 5500 K 的铀和钍的金属硅酸盐分配及其对外核顶部分层层的影响

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryuichi Nomura;Kei Hirose;Jun-Ichi Kimura;Qing Chang
通讯作者：
Qing Chang

NPDを用いた液体鉄合金の高圧高温XAFSその場測定: 地球液体核の形成と構造の理解に向けて

使用 NPD 对液态铁合金进行高压高温原位 XAFS 测量：了解地球液态核的形成和结构

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一;Atsushi Miyauchi;Teppei Okumura;奥村哲平;野村龍一;河瀬康志;野村龍一
通讯作者：
野村龍一

地球コアの水素と初期地球の大量の水

地核中的氢和早期地球上大量的水

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
科学(岩波書店)
影响因子：
0
作者：
Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一;Atsushi Miyauchi;Teppei Okumura;奥村哲平;野村龍一
通讯作者：
野村龍一

Chemical evolution and stratification of the primordial mantle and core

原始地幔和地核的化学演化和分层

DOI：
10.14934/chikyukagaku.48.201
发表时间：
2014
期刊：
Chikyukagaku
影响因子：
0
作者：
Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一;Teppei Okumura;奥村哲平;Yasushi Kawase;野村龍一
通讯作者：
野村龍一

放射光X線マイクロトモグラフィー法によるマントル物質の融解温度の決定

同步加速器X射线显微断层扫描测定地幔物质熔化温度

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
SPring-8/SACLA利用者情報
影响因子：
0
作者：
Shun Saito;Tobias Baldauf;Zvonimir Vlah;Uros Seljak;Teppei Okumura;Patrick McDonald;Yasushi Kawase;野村龍一
通讯作者：
野村龍一