惑星内部における水素の挙動の解明

阐明行星内部氢的行为

• 批准号: 09J04077
• 负责人: 柴崎 裕樹
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J04077/
• 关键词: 水素; 鉄水素化物; 高温高圧; SiO_2; 放射光X線その場回折; 核; 融点; 含水量; 高圧; 弾性波速度; 放射光X線非弾性散乱; 放射光X線回折; 鉄; 金属水素化物; 惑星

(1)SiO_2高圧相の含水量測定の研究SiO_2の高圧相であるStishovite(St)は、Al_2O_3を含むことで0.3wt%程度まで水を含むことができることから、沈み込むプレート中のSiO_2が地球深部まで水を運ぶ可能性が考えられている。地球深部条件ではSiO_2はStからCaCl_2型やα-PbO_2型の高圧相に相転移するが、これらの高圧相が水をどれ程含めるのかはわかっていない。そこで地球深部条件でのAl_2O_3を含むSiO_2の相平衡と含水量を明らかにする。合成した3.0wt%Al_2O_3-0.3wt%H_2O-Stを約40万気圧まで加圧し、CaCl_2型に相転移させた後、常圧まで脱圧して、フーリエ変換型顕微赤外分光光度計(FT-IR)にて含水量を測定した。このようにCaCl_2型の含水量を測定したのは初めてである。それによると、相転移前後でのStとCaCl_2型の含水量に大きな違いは見られなかった。これによって、表層の水が沈み込むプレートによって地球内部に運ばれ、SiO_2を介して地球深部まで輸送される可能性が非常に高いことが考えられる。(2)高圧下での鉄-水素系(FeHx)の融点の研究地球核は鉄と軽元素(水素など)で構成され、液体の外核と固体の内族の層構造をしていることから、鉄-軽元素系の融点測定は核の温度構造を明らかにする上で非常に重要である。そこで地球核の温度構造を明らかにすべく、放射光施設SPring-8にて高温高圧下でのX線その場回折実験(BL10XU)を行い、高圧下でのFeHxの融点を測定した。高圧発生にダイヤモンドアンビルセルを用い、40万気圧までの圧力条件にてFeH_<0.3>組成の融点を決定した。これによると、水素量が少ないFeH_<0.3>組成と水素に飽和しているFeH組成の融点はほぼ違いが無いことが分かった。つまり水素はたとえ少量だとしても融点を大きく変化させ、他の軽元素と比べても核の温度構造に及ぼす影響が非常には大きいことが明らかになった。

(1)测量SiO_2 Stishovite(St)高压相含水量的研究，SiO_2高压相通过含有Al_2O_3可以含水量高达0.3wt%，从而将水输送到深处的可能性。海洋被认为是可能的。在地球深部条件下，SiO_2经历了从St到CaCl_2型和α-PbO_2型等高压相的相变，但这些高压相含有多少水尚不清楚。因此，我们阐明了深部条件下SiO_2（包括Al_2O_3）的相平衡和含水量。将合成的3.0wt%Al_2O_3-0.3wt%H_2O-St加压至约400,000 atm，引起相变至CaCl_2型，然后减压至常压，使用傅里叶变换微红外分光光度计（FT-）测量水含量红外）。这是首次用这种方法测量CaCl_2型水含量。结果表明，St型和CaCl_2型在相变前后的含水量没有显着差异。因此，地表水极有可能通过俯冲板块输送到地球内部，并通过SiO_2输送到地球深处。 （2）高压下铁氢体系（FeHx）熔点研究地核由铁和轻元素（氢等）组成，具有液体外核和固体内核的层状结构因此，测量铁-轻元素体系的熔点对于阐明堆芯的温度结构非常重要。因此，为了弄清地核的温度结构，我们在同步辐射装置SPring-8上进行了高温高压下的原位X射线衍射实验（BL10XU），测量了FeHx的熔点在高压下。使用金刚石砧池产生高压，我们在高达 400,000 atm 的压力条件下测定了 FeH_<0.3> 组合物的熔点。由此可知，氢含量少的FeH_ 0.3 组合物与氢饱和的FeH组合物的熔点几乎没有差异。换句话说，已经清楚的是，即使是少量的氢也可以显着改变熔点，并且与其他轻元素相比，它对原子核的温度结构具有极大的影响。

项目成果

高圧下におけるFeS-H,Fe-Ni-H系における融点測定

高压下 FeS-H 和 Fe-Ni-H 体系的熔点测量

• 发表时间: 2010
• 作者: 柴崎裕樹;大谷栄治;寺崎英紀;立山隆二;坂巻竜也;西田圭佑;舟越賢一
• 通讯作者: 舟越賢一

Pressure and temperature dependence of the viscosity of a NaAlSi_2O_6 melt

NaAlSi_2O_6 熔体粘度的压力和温度依赖性

• DOI: 10.1007/s00269-010-0381-4
• 发表时间: 2011
• 期刊: Physics and Chemistry of Minerals
• 影响因子: 1.4
• 作者: A.Suzuki;E.Ohtani;H.Terasaki;K.Nishida;H.Hayashi;T.Sakamaki;Y.Shibazaki;T.Kikegawa
• 通讯作者: T.Kikegawa

Phase relations in the systems of Fe-Ni-H and Fe-S-H under high pressure and high temperature

高压高温下 Fe-Ni-H 和 Fe-S-H 体系的相关系

• 发表时间: 2011
• 作者: 柴崎裕樹;大谷栄治;平尾直久;大石泰生;Alfred Q.R.Baron;柴崎裕樹
• 通讯作者: 柴崎裕樹

高温高圧その場観察実験による鉄-リングウッダイト間の水素の分配と火星内部への適用

高温高压原位观测实验铁与尖晶橄榄石之间的氢分布及其在火星内部的应用

• 发表时间: 2010
• 作者: 柴崎裕樹;大谷栄治;寺崎英紀;立山隆二;坂巻竜也;土屋卓久;舟越賢一;肥後祐司
• 通讯作者: 肥後祐司

Stability of Fe-Ni hydride after the reaction between Fe-Ni alloy and hydrous phase (δ-AlOOH) up to 1.2 Mbar : Possibility of H contribution to the core density deficit

Fe-Ni 合金与水相 (δ-Al​​OOH) 反应后 Fe-Ni 氢化物的稳定性高达 1.2 Mbar：H 可能导致芯密度不足

• DOI: 10.1016/j.pepi.2012.01.002
• 发表时间: 2012
• 期刊: Physics of the Earth and Planetary Interiors
• 影响因子: 2.3
• 作者: H.Terasaki;E.Ohtani;T.Sakai;S.Kamada;H.Asanuma;Y.Shibazaki;N.Hirao;N.Sata;Y.Ohishi;T.Sakamaki;A.Suzuki;K.Funakoshi
• 通讯作者: K.Funakoshi