【本学研究者情報】

〇理学研究科　地学専攻　名誉教授　大谷栄治（おおたに　えいじ）
東北大学研究者紹介

【発表のポイント】

• 地球の核の条件での高温高圧実験によって、鉄－ニッケル－シリコン(Fe-Ni-Si)合金の相平衡関係を明らかにし、この合金の融点付近の高温領域においてB2 構造^(注１)と六方最密充填(Hcp)構造^(注２)という二つの結晶構造が共存することを初めて解明した。
• 異なる化学組成を持つB2 構造とHcp 構造の二種の結晶構造のFe-Ni-Si合金の混合物により、地球の内核の密度と地震波速度が説明可能となった。
• これまで指摘されてきた遅い横波速度、低い粘性率^(注３)などの内核の特徴も、この二種類の結晶構造を持つFe-Ni-Si 合金の混合物からなる内核モデルによって説明が可能になる。

【概要】

地球内核の構造と物質は、地球科学にとって未解明な最重要課題の一つです。 東北大学大学院理学研究科の生田大穣博士、大谷栄治名誉教授、高輝度光科学研究センターの平尾直久主幹研究員は、大型放射光施設SPring-8^(注４)のBL10XU における世界最高輝度の放射光X 線^(注４)とダイヤモンドアンビルセル^(注５)を用いた地球核の条件での高温高圧実験によって、Fe-Ni-Si 合金の相平衡関係を明らかにしました。そしてこの合金の融点付近の高温高圧下においてB2 構造とHcp 構造という二つの結晶構造が共存する領域が存在することを解明しました。この実験から、地震波観測で明らかになっている内核の密度と縦波速度は、B2 とHcp構造の二種の結晶構造をもつFe-Ni-Si 合金の混合物で説明できることがわかりました。また、これまで指摘されてきた遅い横波速度、低い粘性率などの内核の特徴がこの二種の結晶構造を持つFe-Ni-Si 合金の混合物よって説明出来る可能性があることを示しました。本研究成果は、日本時間2021 年10 月28 日午後6 時（ 英国時間：2021 年10 月28 日午前10 時）公開のCommunications Earth & Environment 誌に掲載されました。

【用語解説】

（注１）B2構造
下図a**に示すように、体心立方の原子配列を持つ構造の亜種。組成が複数の原子からなる場合に体心位置(赤丸)に異なる原子が配置される構造である。

（注２）Hcp構造
下図b**に示すように、原子が最も密に配列する構造の一種。

（注３）粘性率
物質の粘りの度合いを示す係数。一般に水飴のような流体が持つ性質であるが、氷からなる氷河のように、固体においても長時間力を受けると流動する。地球の自転の解析に基づいて、固体の内核の粘性率は氷河の粘性率よりも小さい(柔らかい)と推定されている。

（注４）大型放射光施設SPring-8
兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設で、高輝度光科学研究センターが利用者支援等を行っている。SPring-8 の名前はSuper Photon ring-8 GeV に由来する。放射光とは、光速に近い速度まで電子を加速し、その進行方向を電磁石によって曲げた時に発生する、細く強力な電磁波のことである。SPring-8 ではこの放射光を用い、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーや産業利用まで幅広い研究が行われている。

（注５）ダイヤモンドアンビルセル
ダイヤモンドを用いた高圧発生装置。最も固い物質とされるダイヤモンドのアンビルで試料を挟み込むことで高圧を発生させる。

**...下記、詳細をご覧ください。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

＜研究に関すること＞
東北大学名誉教授（理学研究科地学専攻）
大谷 栄治（おおたに えいじ）
E-mail：eohtani*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

＜報道に関すること＞
東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
電話： 022-795-6708
E-mail：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）