Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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。

【研究分担者】
伊藤正一	京都大学	理学研究科	准教授	(Kakenデータベース)