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研究 投稿日:2017.01.17
GRCの研究グループらが地球中心核における水素の存在可能性を示しました

 GRCの飯塚理子博士(日本学術振興会特別研究員:現東京大学特任助教)及び岡山大学・東京大学・日本原子力研究開発機構らの研究グループが、茨城県東海村の大強度陽子加速器施設(J-PARC)において、含水鉱物が脱水してできた水と固体の鉄とが反応して、鉄水素化物が生成する様子をリアルタイムで観察することに成功しました。本研究成果は、イギリスのネイチャー出版のオンラインジャーナル「Nature Communications」誌1月13日号に発表されました。

 地球の中心核(コア)は主成分である鉄に軽元素(水素、酸素、硫黄、ケイ素など)が溶け込んだものと考えられており、どんな軽元素がどの程度存在するのかという疑問に対して、これまで数多くの実験的研究がなされてきました。有力候補の1つである水素は、高圧下でしか有意に鉄に溶け込まないこと、X線などを用いる従来の実験法では直接観察できないことなどから、その振舞いはまだよく分かっていませんでした。
 飯塚理子氏、八木健彦氏(GRC客員教授、東京大学特任研究員・名誉教授)、後藤弘匡氏(東京大学物性研究所技術専門職員)らは、岡山大学と日本原子力研究開発機構との共同研究で、J-PARCに設置された、水素の振舞いを直接観察できる超高圧中性子回折装置(「圧姫」)を用いて、地球生成初期の物質をモデル化した試料で高温高圧実験を行いました。この結果、高圧下で温度が上昇して含水鉱物の脱水が起きると、固体の状態の鉄に水素が入りこむことを明らかにしました。
 本研究により、水素が最初に固体の鉄に溶け込み、その後に核とマントルの分離や溶融状態の鉄への他の軽元素の溶解が起き、水素が中心核に含まれる重要な軽元素の1つである可能性が高いことが示唆されました。筆頭著者である飯塚氏は、研究当時日本学術振興会特別研究員としてGRCに在籍し(受け入れ教員:入舩徹男GRCセンター長)、平成28年12月1日より東京大学理学系研究科地殻化学研究施設で特任助教として着任しています。

新居浜の住友重機(株)で完成しJ-PARCに設置された超高圧中性子回折装置(「圧姫」)

新居浜の住友重機(株)で完成しJ-PARCに設置された超高圧中性子回折装置(「圧姫」)

発表論文

Riko Iizuka-Oku, Takehiko Yagi, Hirotada Gotou, Takuo Okuchi, Takanori Hattori, Asami Sano-Furukawa, Hydrogenation of iron in the early stage of Earth’s evolution, Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms14096, 2017.

参考HP

論文HP

Nature Communications

愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター

プレスリリース資料

<地球深部ダイナミクス研究センター(GRC)>