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/2006-07-25/
Habitable Planet の形成と進化 (4):
H2O の供給, 地球大気形成論
阿部 豊(東大・理)
2006 年 7 月 26 日
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H2O はいつ供給されたか?
- 日本人は惑星形成と同時に供給されたと考える人が多い
- 欧米では惑星形成後に供給されたと考える人が多い
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水の彗星供給説
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巨大衝突で大気は失われるか?(1)
Genda & Abe, 2003.
- 右図: 巨大衝突時の地表での速度とはぎとられる大気の割合.
地表で脱出速度に達しないと大気全体はなくならない.
- 左図: 巨大衝突が繰り返し起こったときの大気量.
10 回くらい衝突しても初期に保持していたの大気の 4 倍くらいの量は残る.
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巨大衝突で大気は失われるか?(2)
Genda & Abe, 2003.
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巨大衝突で大気は失われるか?(3)
Genda & Abe, 2004.
- 衝突による加熱の効果を調べる
- 現在の海洋質量に相当する水素がどのくらいの時間スケールで散逸するか
- 衝突加熱により珪酸塩が蒸発するようになると, 大気の平均分子量が上昇し,
H は高温になるにもかかわらず逃げにくくなる.
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衝突現象
- 衝突による脱ガスを理解するために
- 惑星形成時の原始惑星と衝突天体との物質交換
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天体衝突で何が起こるか
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衝突過程
- b) 圧縮段階: 地面に衝突し圧縮をうける, 高温高圧状態を経る
- c) 掘削段階:
- d) 変形段階: クレータの形成
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衝突時の圧縮による体積変化
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衝突時の圧縮による圧力変化
- 横軸は衝突速度, 縦軸は衝突時の最大圧力
- 惑星中心部と同程度の加圧を受ける
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衝突時の圧縮による温度変化(1)
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衝突時の圧縮による温度変化(2)
- 折れ曲がりは融解が生じていることを示す
- フラットな部分は気化が生じていることを示す.
減圧されないと蒸発は起こらないことに注意.
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衝突速度と起こる現象
- 衝突速度の下限: 脱出速度
- 衝突速度の上限: 十分遠方の微惑星の速度+脱出速度
- 月よりちょっと大きいサイズで脱ガス開始
- 火星サイズで融解が開始
- 地球サイズで蒸発が開始
短期間であれば月サイズの原始惑星は大気を持てることを示す.
大気が逃げないサイズと, 衝突時に脱ガスが起こるサイズは(なぜか)ほぼ同じ.
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マグマポンドの形成(1)
- 大きな天体が衝突すると, 融解部分がはぎとられずに残る
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マグマポンドの形成(2)
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実際のクレータ(米国アリゾナ州)
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Ries クレータ(ドイツ)
衝突体が 100 km くらいになると, ???? km くらいのクレータができて
100 km くらいのメルトの池ができる.
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脱ガス大気
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炭素質隕石からの脱ガス大気
Hashimoto et al.
- 平衡計算
- 1000 K で急冷されるとすると,
H2, CO などの還元的な成分も含まれる
- H2O は除いた成分を書いてあることに注意
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微惑星から形成される気体
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還元的環境と酸化的環境
- 脱ガス大気が還元的な成分を含むとすると,
Miller and Uery (1953) の実験で示されたようなアミノ酸の生成過程が
地球上でも起こる可能性がある.
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岩石と金属鉄との化学反応(1)
- 大気をまとった原始惑星上でどのような反応が起こるか,
を考える
- ここでは IW - HM までの 5 つの反応に着目する.
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岩石と金属鉄との化学反応(2)
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岩石と金属鉄との化学反応(3)
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岩石と金属鉄との化学反応(4)
- それぞれの反応が起こる場合の CH4/CO2 比
- 鉄があるとさらに還元的な成分が増える
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融解した岩石と原始大気との反応(1)
Kuramoto
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融解した岩石と原始大気との反応(2)
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融解した金属鉄と原始大気との反応
- C は金属鉄によく溶ける, もともとあった量の 99% は鉄に溶ける
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まとめ
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大気形成の一般シナリオ
- 原始惑星形成過程: 太陽組成+脱ガス成分の混合大気
- 希ガス成分の比較から, 現在の大気は主に脱ガス成分でできていると考えられている
- 巨大衝突による混合大気の変質
- 巨大衝突ではすべての太陽組成の初期大気を散逸できない
- レイトベニア成分:
金属鉄と反応したけ形跡がないため, コア形成後に集積したと考えられている成分
- 大気散逸: 水素, Ne の散逸
- 連続脱ガス成分の付加
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課題
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OHISHI Takahisa 2007-03-02
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