地球型惑星の初期進化統一モデルの構築：表層環境の多様性の予測とその起源の理解

建立类地行星早期演化的统一模型：预测地表环境的多样性并了解其起源

基本信息

批准号：
16J06133
负责人：
濱野景子
金额：
$ 3.16万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，揮発性元素のやり取りと大気による保温効果のフィードバックを考慮し，水素-水蒸気大気の形成・進化とマグマオーシャンの固化の結合モデルを開発，両者の進化について調べた．溶融度が高く激しく対流しているマグマオーシャンの熱フラックスは，地表の放射バランスで律速される．そのため，固化の過程での大気の量と組成はマグマオーシャンの熱史に影響を与える．本研究で開発したモデルでは，水素と水蒸気の脱ガス過程，マグマと大気間の酸化還元反応，水素の大気散逸の過程を組み込み，固化の過程での大気の保温効果を評価している．地球軌道で惑星進化計算を行った結果，惑星が初期に獲得した水量，あるいは総H量（水素と水の合計）どちらを固定しても，初期に還元的であった方が固化時間が長くなることが新たにわかった．これには２つの理由が考えられる．一つは，還元的で大気組成が水素に富む結果，大気上層での水蒸気の凝結による潜熱の効果が弱まり，惑星放射が弱くなる場合があることである．例えば地表温度が1,500Kで地表大気圧が数十barを超える場合，強い吸収係数を持つ水蒸気よりも，水素に富む組成の方が温室効果が強くなる．もう一つは，水素と水とでのシリケイトメルトへの溶解度の違いの結果，溶解度の低い水素に富む方が，初期から厚い大気を形成することが挙げられる．近年，地球化学的な研究により示唆されるように巨大衝突後に還元的な天体が衝突する場合，還元的な大気組成が保たれ惑星の固化を遅くする効果がある．地球軌道で，現在の地球と同程度の水量・マントル中のFeO量を制約とすると，地球の固化率は一千万年以下となる．これは巨大衝突段階後期の典型的な衝突間隔と比べると短く，原始地球が現在の地球と同様の惑星であった場合には，月形成巨大衝突は固化した状態で起こったと推測される．これは月を形成した物質の起源について大きな示唆を与える．

在这项研究中，我们开发了一个粘合模型，以考虑到挥发性元件的交换以及对大气的供暖效应的反馈，并研究了这两者的演变。岩浆海洋的热通量高度融化且对流，是由表面上的辐射平衡限制的。因此，在凝固过程中大气的数量和组成会影响岩浆海洋的热史。在本研究中开发的模型结合了脱气氢和蒸汽的过程，岩浆和大气之间的氧化还原反应以及氢的大气分散以及在固体过程中的大气热保留效果。由于地球轨道中的行星进化计算的结果，已经新发现的是，是否固定了早期获得的水量还是总H量（氢和水的总和），如果开始时还原，固化时间将更长。这样做的原因有两个。一个是，还原性和富含氢气的大气组成可能会导致高层大气中水蒸气凝结引起的潜热的影响，从而导致行星辐射的削弱。例如，如果表面温度为1,500K，并且表面大气压超过几十个棒，则富含氢的成分将比蒸汽具有更强的温室效应，而蒸汽的吸收系数很强。另一个例子是，氢气和水之间硅酸盐熔化的溶解度差异会导致从一开始就形成较厚的大气，而氢充满了氢，氢的溶解度较低。在地球化学研究表明，当巨大碰撞后还原性天体碰撞时，保持还原的气氛组成，并具有减慢行星凝固的作用。如果地幔中的水和Feo的量受到地球轨道的约束，这与当前的地球相同，则地球的固化速率将少于1000万年。这比巨大碰撞后期的典型碰撞间隔要短，并且假定如果原始地球是类似于当前地球的行星，则会在固体状态下发生月球形成的巨型碰撞。这为形成月球的材料的起源提供了很好的建议。

项目成果

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专利数量（0）

Cooling sequence of terrestrial planets after giant impact: Implications to the formation of oceans on early Venus

巨大撞击后类地行星的冷却序列：对早期金星海洋形成的影响

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
濱野景子，玄田英典
通讯作者：
濱野景子，玄田英典

Detectability of molten terrestrial planets with steam atmospheres

具有蒸汽气氛的熔融类地行星的可探测性

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
服部祐季;宮田卓樹;K. Hamano
通讯作者：
K. Hamano

Formation and Evolution of Protoatmospheres

DOI：
10.1007/s11214-016-0280-1
发表时间：
2016-09
期刊：
Space Science Reviews
影响因子：
10.3
作者：
H. Massol;K. Hamano;F. Tian;M. Ikoma;Y. Abe;E. Chassefière;A. Davaille;H. Genda;M. Güdel;Y. Hori;F. Leblanc;E. Marcq;P. Sarda;V. Shematovich;A. Stökl;H. Lammer
通讯作者：
H. Massol;K. Hamano;F. Tian;M. Ikoma;Y. Abe;E. Chassefière;A. Davaille;H. Genda;M. Güdel;Y. Hori;F. Leblanc;E. Marcq;P. Sarda;V. Shematovich;A. Stökl;H. Lammer

Role of water in the evolution of molten terrestrial planets

水在熔融类地行星演化中的作用