地球の仕組み

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Essay ■ 3_169 核の姿 4:熱伝導率の測定
Letter■ SPring-8・今日から調査
Words ■ 集中的に野外調査をしてきます


(2018.05.31)
 内核と同じ条件に鉄をおいて、電気伝導率を測定をする実験の報告がされました。その結果から、内核の形成速度を見積もり、年齢を求めることができます。そこから得られた結果は、なかなか興味深いものでした。


Essay■ 3_169 核の姿 4:熱伝導率の測定

 東京工業大学の太田健二さんと共同研究者が、Nature誌で報告した論文のタイトルは、
Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth’s core conditions
(地球の核の条件での鉄の電気抵抗率の実験的決定)
というものでした。電気抵抗率(電子による電気の通しにくさ)の逆数をとると、電気導電率(電子による電気の伝わりやすさ)となります。この報告では、鉄を内核と同じ条件(温度と圧力)にして、電気伝導率を求める実験がなされたことになります。電気伝導率を決定した意味は、次のような理由がありました。
 金属内で、熱は自由電子によって伝わっていきまうす。熱の伝わり方は、熱伝導率です。熱伝導率は電気伝導率の値から求めることができます。熱伝導率で物質内の熱の伝わり方が決まってくると、内核の冷却速度を推定することができます。冷却速度が定まると、内核の形成時期が推定できます。
 理論としては、いくつかのステップは経るのですが、原理は簡単です。ところが、この条件で実験すること、なおかつその状態のまま測定することが難しいのです。これまで実験できていた条件はマントル内のものでしたので、その実験条件からさらに高温高圧条件側へと推定(外挿といいます)してきました。そこから得られた熱伝導率の値は、30W/m/Kというものでした。この30W/m/Kという値から推定される内核の誕生時期は、30億年前となりました。地質学的推定の「25億年前には内核も成長しはじめた」というものと似ていましたので、これでいいのではないかと考えられていました。
 その後、コンピュータによる計算実験がおこなわれ、内核の温度圧力状態では、鉄の熱伝導率が約90W/m/Kという、3倍も大きな推定値が示されました。この値では、従来の内核の冷却速度より3倍も速くなります。形成時期も、非常に新しい時代になります。
 実験の外挿とシミュレーションとの2つの方法による推定値には、大きな違いがありました。そこで太田さんたちは、内核の条件で実験をして、その状態で電気伝導率を測定することに成功しました。それが今回の報告でした。
 実験は、レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル装置内に、収束イオンビーム加工装置で配線をほどこした試料をおいて、SPring-8で計測されました。その紹介と結果は、次回としましょう。


Letter■ SPring-8・今日から調査 

・SPring-8・
SPring-8は、兵庫県播磨にある理化学研究所の
大型放射光施設にある
Super Photon ring-8 GeVに由来しています。
SPring-8は世界最高の放射光を発生できます。
電子を光速近くまで加速します。
電子は電荷をもっていますので、
電磁石で方向を曲げることができます。
電子が曲がるとき、細く強力な電磁波(放射光)が発生します。
この放射光を用いて、微小部分の観察に利用されています。
今回の報告はこの放射光を用いてなされました。

・今日から調査・
今日から調査にでます。
今回は、4泊5日の調査になりますが、
実質は3日半の調査となります。
今日は昼前にでて、調査地近くまで移動し、
翌日からすぐに調査できるように予定しています。
今回で道南調査の3度目になります。
いくつかの集中的に調査する地点を見つけていますので、
そこを調査する予定です。
もう一回の調査の予定をしていますが、
それは確認のためとしています。
車で、4、5時間ほどで調査につけますので、
半日の行程で調査地に出向けるのは
なかなか便利です。
ただ、研究テーマに合う地域を見つけるのが難しいのですが。


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