【研究領域課題番号】19H00716 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地球中心核 / 輸送特性 / 高温高圧実験 / 二次イオン質量分析法 / 鉄 / 熱伝導率 / 電気抵抗率 / 自己拡散係数 / ダイヤモンドアンビルセル / 鉄合金 / 電気伝導度 / SIMS

【研究成果の概要】

高温高圧環境の地球中心から地表へと向かう大きな熱流は外核とマントルの対流を誘起することにより、約40億年続くとされる地球ダイナモやプレート運動などのダイナミクスの原動力となる。熱伝導率や電気伝導度、粘性率などの輸送特性は地球内部の温度構造と熱進化、ダイナミクスを探るための基礎的な物理量だが、地球中心核の温度圧力条件での測定例は極めて少なく、その報告値には研究グループ間で大きな差異が生じている。
本研究の目的は、地球の核を構成する 鉄ー軽元素合金の液体、固体状態での熱輸送特性を実際の地球中心核の温度圧力条件における実験から制約することである。実験で得られる核構成物質の電気・ 熱伝導率、自己拡散係数から外核・内核の伝導と対流による熱輸送特性を明らかにし、初期地球温度とその冷却過程、内核の誕生時期とダイナミクスなどの地球 の熱進化に制約を与えることを目指す。 本課題の3本の柱は、1)放射光X線回折(XRD)測定実験によって選択配向評価を行った多結晶体hcp鉄(および鉄合金)の高温 高圧下その場電気・熱伝導率同時測定、2)二次イオン質量分析法(SIMS)を用いた鉄同位体比測定による、hcp鉄の高温高圧下自己拡散係数決定、3)サファイアカプセル封入法による鉄(および鉄合金)の溶融状態での伝導度測定である。これら3つのテーマを代表者、分担者、指導学生の計5名が主体的に取り組んだ。1)のテー マについては、六方最密充填構造の鉄の熱伝導率測定を180万気圧、3000ケルビンの条件まで測定することに成功した。2)のテーマでは、技術開発が完了し、高圧鉄試料内部の同位体比の測定を50万気圧までおこなった。3)のテーマでは、提案時とは異なる実験手法を新たに導入することで、当初の目標である地球コア条件での液体鉄の電気抵抗率の測定が実現した。すべての結果を投稿論文としてまとめている。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】26707029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地球中心核 / 鉄合金 / 電気伝導度 / 熱伝導率 / 高温高圧実験 / 純鉄の電気抵抗率 / 硫黄の不純物抵抗 / 岩石・鉱物・鉱床学 / 高圧実験

【研究成果の概要】

電気伝導度・熱伝導率は地球内部の温度構造と熱進化を知るための基礎的な物理量であるにも関わらず、実際の地球中心核の条件での測定例は殆ど存在しない。本研究の目的は高温高圧実験によって地球の核を構成する鉄―軽元素合金の電気伝導度測定を実際の地球中心核の温度圧力条件で行い、地球中心核の電気伝導度及び熱伝導率構造を明らかにすることであった。技術の開発を経て、実際の地球中心核の温度圧力条件における純鉄の電気伝導度を測定することに成功した。また、硫黄、水素の固溶が鉄の電気伝導度に与える影響も実験から明らかにした。本研究によって得られた結果は地球及び地球型岩石惑星の熱進化を考える上で重要な情報となるだろう。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】23540491 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地磁気 / 核ーマントル境界 / 電気伝導度 / 地球中心核 / マントル電気伝導度 / 地磁気変動 / ダイナモ理論

【研究成果の概要】

マントル最下部の電気伝導度不均質の影響により赤道域における非双極子成分である鉛直成分を生成するためには、元になる磁場が単純であると仮定した場合、トロイダル磁場の存在が肝要であることを電磁流体解析により示した。マントル最下部からトロイダル磁場変動が入力したとき、電気伝導度不均質が　存在すると、地表で観測できる磁場が生成される。この磁場変動とこれに伴う電場が検出できれば、マントル最下部不均質の電気伝導度構造を制約することが可能である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011-04-28 - 2015-03-31

【配分額】2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)