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）研究SIO_2高压stishovite（ST）的水含量（SIO_2的高压相）可以通过含有Al_2O_3的水为大约0.3 wt％的水，因此被认为是俯冲板中的SIO_2可以将水带入地球深处。在深地球条件下，SIO_2从CACL_2和α-PBO_2的ST到高压阶段的过渡，但尚不清楚这些高压相包含多少水。然后，我们将阐明在深地球条件下含有Al_2O_3的SIO_2的相平衡和水分含量。合成的3.0 wt％AL_2O_3-0.3 wt％H_2O-ST加压到约400,000 atm，并将相变为CACL_2型，然后将降压到大气压降低到大气压，并使用傅立叶变换型微型型号微型型号分类表（FT-IR）测量水分。这是第一次以这种方式测量CACL_2类型的水含量。根据结果​​，在相变之前和之后，在ST和CACL_2的水含量中没有发现显着差异。这使得地表水通过俯冲板传输到地球，并通过SIO_2运输到地球深处。 （2）在高压下的铁 - 水系统（FEHX）的熔点研究由铁和光元素（例如氢）组成，并具有液体和内部固体组外核的分层结构，因此测量铁 - 元素系统的熔点对于阐明核核的温度结构的熔点非常重要。因此，为了阐明地球核的温度结构，在高温下进行了X射线原位衍射实验（BL10XU），并在同步加速器辐射设施Spring-8进行，并在高压下测量FEHX的熔点。使用钻石砧细胞产生高压，在高达400,000 atm的压力条件下确定了FEH_ <0.3>组成的熔点。这表明，FeH_ <0.3>组成的熔点几乎没有差异，该组合物的氢含量低，而FeH成分则与氢饱和。换句话说，即使是少量，也发现氢的熔点发生了显着变化，与其他光元相比，核温度结构的效果也极大。

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