高温高圧下における鉄‐硫黄系の相関係と鉄‐硫黄合金と珪酸塩間のカリウム分配

高温高压下铁硫体系的相关系及铁硫合金与硅酸盐之间的钾分布

基本信息

批准号：
08J06060
负责人：
鎌田誠司
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

地球の核は,主に鉄からできていると考えられている.しかし,地震波速度から推定された地球核の密度は地球核相当の温度圧力条件での純粋な鉄の密度と比べ小さい.そのため地球核には軽元素が含まれていると考えられている.なかでも硫黄は始原的な隕石と比較したときに地球マントル中で欠乏していることから軽元素の候補として有力視されている.さらに地球核中の熱量に関する研究から放射性元素の存在が示唆された.とくにカリウムは地球マントル中に始原的な隕石と比べ欠乏しているため核中の放射性元素の有力な候補である.したがって,地球核中の軽元素を明らかにするために鉄-硫黄系の高温高圧下での研究が重要であり,鉄-軽元素系合金中に放射性元素が溶解する量を明らかにすることは重要である.鉄-硫黄系の高温高圧下での安定相を調べるために,放射光施設(SPring-8)においてその場観察実験を行った.圧力条件は30～220GPaまでであり,温度条件は1300～3500Kまでの範囲で粉末X線回折実験を行った.その結果,地球外核中までFeとFe_3Sが安定に共存することがわかった.また,地球核の温度を推定するためには鉄-硫黄系における融点を明らかにすることが重要である.そのためX線を用いた融解判定実験を試みた.圧力条件はおよそ30～180GPaという範囲で行った.温度1300～3500Kまでの範囲で行った.外核相当の圧力条件である180GPaまでの条件下で融解判定に成功した.熱源に関する研究であるカリウム分配については,50GPaまでの結果を投稿準備中である.また,地震波観測との比較を行なうため,非弾性X線散乱法を用いてFe_3Sの音速測定を行なった.

人们认为地核主要由铁构成，然而，根据地震波速度估算的地核密度小于在与地核相当的温度和压力条件下的纯铁密度。地核中含有轻元素。其中，硫被认为是轻元素的有力候选者，因为与原始陨石相比，硫在地幔中是缺乏的。而对地核中热量的研究呢？特别是，钾是地核中放射性元素的有力候选者，因为与原始陨石相比，地幔中缺乏钾。因此，澄清地核中的轻元素非常重要。因此，研究高温高压下的铁硫合金，明确铁轻元素合金中溶解的放射性元素的量，以研究铁硫合金中的稳定相具有重要意义。我们在SPring-8进行了原位观测实验。在压力条件为30~220GPa、温度条件为1300~3500K的条件下进行粉末X射线衍射实验。结果发现：发现Fe和Fe_3S稳定地共存到地核。此外，为了估计地核的温度，澄清铁硫系统中的熔点也很重要。压力条件范围约为 30 至 180 GPa。温度范围为 1,300 至 3,500 K。我们成功地确定了高达 180 GPa 的压力条件下的熔化，相当于外核的压力条件。关于钾分布，这是一项热源研究，我们正准备提交高达50GPa的结果。此外，为了与地震波观测进行比较，我们利用非弹性X射线散射测量了Fe_3S的声速。