地球中心圧力における超高圧高温実験:内核物質の物性と相平衡関係の解明

地球中心压力下的超高压和高温实验：阐明内核材料的物理性质和相平衡关系

基本信息

批准号：
07J08291
负责人：
桑山靖弘
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J08291/
关键词：
超高圧高温実験相平衡鉱物学ダイヤモンドアンビルセル

项目摘要

地球の核の物質科学は、核の構造やダイナミクス・核の成長と地球の進化に与える影響・地球磁場の生成メカニズム・地球の熱史などを理解する上で非常に重要である。しかしながら、地球の内核は330〜364万気圧・数千度という超高圧高温条件下にさらされておりこれまでそのような超高圧高温条件下で核の物性を測定することは非常に困難であり、まだよくわかっていなかった。地球の中心を形成する内核は、わずかな量の軽元素を含む固体の鉄-ニッケル合金でできていると考えられている。したがって、核の構造や形成過程を知るためには、まず超高圧高温下における鉄、鉄-ニッケル合金および鉄-ニッケル-軽元素系の相平衡関係を明らかにすることが重要である。すでに昨年度の研究により、鉄-ニッケル系の相平衡は解明済みである。そこで本研究では、レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル超高圧発生装置と放射光X線観察技術を用いた高圧高温実験技術をさらに改良し、軽元素の中でも最も重要な元素である珪素に着目して、鉄-珪素合金の相平衡関係を約140万気圧まで調べた。さらに高圧高温下で合成した試料を回収し、従来の電子顕微鏡に比べて高い空間分解能をもつ電解放出型電子顕微鏡(FE-EPMA)を用いて化学分析を行った。その結果、六方細密構造の鉄中への珪素の固溶量が圧力と共に増加し、内核-外核境界の温度圧力条件下では約10%の珪素が鉄に固溶しうることが明らかになった。この事は、外核に珪素が存在するならば内核にも珪素が取り込まれうることを示している。本研究により、地球の内核の組成を議論する上での重要な基礎データを得ることができた。

地核材料科学对于了解地核的结构和动力学、其对地核生长和地球演化的影响、地球磁场的产生机制以及地核的热史极其重要。地球。然而，地球内核暴露在3.3至364万个大气压和数千摄氏度的超高压和高温条件下，在如此超高压和超高压下测量地核的物理特性已经极其困难。高温条件，我还不太明白。构成地球中心的内核被认为是由含有微量轻元素的固体铁镍合金制成的。因此，为了了解原子核的结构和形成过程，首先要明确铁、铁镍合金和铁镍轻元素体系在超高压和高温下的相平衡关系。去年进行的研究已经阐明了铁镍体系的相平衡。因此，在本研究中，我们利用激光加热金刚石砧室超高压发生器和同步加速器X射线观测技术，进一步改进了高压、高温实验技术，并将重点放在了最重要的元素硅上。 -研究了高达约140万个大气压的硅合金的相平衡关系。此外，使用场发射电子显微镜（FE-EPMA）对高压高温下合成的样品进行回收和化学分析，该显微镜具有比传统电子显微镜更高的空间分辨率。结果表明，溶解在六方精细结构铁中的硅量随着压力的增加而增加，在内核和外层边界的温度和压力条件下，大约10%的硅可以溶解在铁中。核心。这表明如果硅存在于外核中，硅也可以被纳入内核中。通过这项研究，我们获得了讨论地球内核组成的重要基础数据。