太陽系星雲における鉱物凝縮に関する実験的研究

太阳星云矿物凝结的实验研究

• 批准号: 10874075
• 负责人: 高橋 裕子
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10874075/
• 关键词: 凝縮; 太陽系星雲; 核形成; 結晶成長; 真空実験; クヌッセンセル; フォルステライト; 凝縮速度

太陽系星雲における鉱物の凝縮の速度論的取り扱いのため、凝縮速度を実験的に決定することを試みた。凝縮過程は核形成と結晶成長の2つの過程からなり、核形成を実験的にコントロールすることはきわめて困難である。本研究においては結晶成長の部分のみを定量的に取り扱うことを目的とした。当初、クヌッセンセルから流出する定常的なガスからの凝縮を試みたが、凝縮領域でのガスの温度・圧力がコントロールされないことが判明した。さらに、真空容器内の温度がきわめて均質で、温度差を利用した凝縮が困難であることも判明した。そこで、物質の平衡蒸気圧差を用いた凝縮を試みた。太陽系の固体物質としてもっとも存在量が多く、また、地球型惑星のもっとも主要な構成鉱物あるフォルステライトを、SiO2とMgOを蒸発源として発生下ガスから成長させることを試みた。2重のクヌッセンセル内においたフォルステライト基盤は、表面構造が蒸発表面とは著しく異なり、逆反応の効果が大きいことが判明したが、微少な凝縮物の同定は困難であった。そこで第3番目の試みとして、クヌッセンセル内における逆反応のカイネティクスを利用して凝縮係数を求めることを試みた。クヌッセンセルのオリフィスサイズを変化させ、重量変化から逆反応の程度を見積もった。これはオリフィスサイズが容器体積に比較して小さい場合、クヌッセンセル内は平衡蒸気圧にある、という原理を利用したものである。重量変化はオリフィスサイズと直線的な関係にあり、この条件が満たされていることが判明した。この結果、平衡蒸気圧条件にあるガスからの凝縮係数が決定された。この方法を種々の鉱物の広い温度条件において適用し係数を決定することで太陽系星雲の凝縮過程を速度論的に取り扱うことが可能となり、画期的な方法である。

我们试图通过实验确定太阳星云中矿物冷凝的动力学处理的凝结速率。冷凝过程由两个过程组成：成核和晶体生长，因此极难在实验中控制成核。在这项研究中，目的是仅定量处理晶体生长部分。最初，我们试图从稳定的气体中凝结从knussencel流出，但发现不控制冷凝区域气体的温度和压力。此外，发现真空容器内部的温度非常均匀，并且使用温度差的凝结很困难。因此，我们尝试使用平衡蒸气压差来凝结材料。我们试图从使用SIO2和MGO作为蒸发源的产生的气体中种植太阳系中最丰富的固体物质，也是陆地行星中最大的固体物质。双knussencel中的前矿石底物的表面结构与蒸汽释放表面的表面结构显着不同，发现反应的效果很大，但是很难识别小冷凝水。因此，作为第三次尝试，我们尝试使用Knussensel内反应的动力学来计算冷凝系数。 Knussencel的孔口大小变化，并根据重量变化估算了反反应的程度。这使用了这样的原理：当孔口大小小于容器体积时，knussencel的内部处于平衡蒸气压力下。重量变化与孔口尺寸线性相关，发现满足了这种情况。结果，确定了在平衡蒸气压条件下气体的冷凝系数。通过在各种矿物质中应用这种方法并确定系数，可以处理太阳星云动力学的冷凝过程，从而使其成为一种开创性的方法。

项目成果

E.Young: "Non-Rayleigh oxygen fractionation by mineral evaporation" Geochim.Cosmochim.Acta. 62,18. 3109-3116 (1998)

E.Young：“矿物蒸发的非瑞利氧分馏”Geochim.Cosmochim.Acta。

Ozawa,K.: "Kinetics of diffusion-controlled evaporation of Fe-Mg olivine"Geochimica et Cosmochimica Acta. 64. 173-189 (2000)

Ozawa,K.：“Fe-Mg 橄榄石扩散控制蒸发的动力学”Geochimica et Cosmochimica Acta。

Yamada,M.: "Simulation of space weathering of planet forming materials"Earth and Planetary Science. 51. 1255-1265 (1999)

山田，M.：“行星形成材料的空间风化模拟”地球与行星科学。