The Effect of temperature, pressure, and sulfur content on viscosity of the Fe-FeS melt

Fe-FeS系融体粘性への温度・圧力・硫黄含有量の効果

寺崎 英紀*; 加藤 工*; 浦川 啓*; 舟越 賢一*; 鈴木 昭夫*; 岡田 卓; 前田 信*; 佐藤 仁*; 久保 友昭*; 葛西 志津*

Terasaki, Hidenori*; Kato, Takumi*; Urakawa, Satoru*; Funakoshi, Kenichi*; Suzuki, Akio*; Okada, Taku; Maeda, Makoto*; Sato, Jin*; Kubo, Tomoaki*; Kasai, Shizu*

Fe-FeS系融体は地球外核の主要な候補物質と考えられている。外核内部の対流ダイナミクスを考察するうえで、その粘性は最も重要な物性の1つである。われわれは、新しい試料アセンブリを用いて、X線影像落球法により、Fe-FeS系融体の高圧その場粘性測定を行った。粘性測定は、温度範囲1233-1923K,圧力範囲1.5-6.9GPa,組成範囲Fe-FeS(wt %)において行われた。合計17回の測定で得られた粘性係数は、0.008-0.036Pa sの範囲で系統的に変化した。粘性係数の温度・圧力依存性から、粘性流動の活性化エネルギー及び活性化体積は、それぞれ30kJ/mol1,1.5cm/molとなり、FeS融体の粘性はFe融体より15%小さいことがわかった。これらの傾向は、Fe-FeS系融体の構造変化に関連付けることができる。

The Fe-FeS melt is thought to be the major candidate of the outer core material. Its viscosity is one of the most important physical properties to study the dynamics of the convection in the outer core. We performed the in situ viscosity measurement of the Fe-FeS melt under high pressure using X-ray radiography falling sphere method with a novel sample assembly. Viscosity was measures in the temperature, pressure, and compositional conditions of 1233-1923 K, 1.5-6.9 GPa, and Fe-Fe S (wt %), respectively. The viscosity coefficients obtained by 17 measurements change systematically in the range of 0.008-0.036 Pa s. An activation energy of the viscous flow, 30 kJ/mol, and the activation volume, 1.5 cm /mol, are determined as the temperature and pressure dependence, and the viscosity of the Fe S melt is found to be smaller than that of the Fe melt by 15 %. These tendencies can be well correlated with the structural variation of the Fe-FeS melt.