[P-PS10] [JJ] 太陽系における惑星物質の形成と進化

[PPS10-12] 硫化鉄微粒子の大気突入における溶融急冷過程再現実験

室園 健人²、*磯部 博志¹ (1.熊本大学大学院先端科学研究部基礎科学領域、2.熊本大学理学部)

キーワード：トロイライト、微小隕石、Fe-S-O系、磁鉄鉱、大気加熱

はじめに　定常的に地球に落下する隕石物質においては，直径0.1mm前後の微粒子が最大の質量フラックスを持つことが知られている。それら微粒子は，高層大気突入時に加熱・急冷され，様々な組織を持つ溶融微小隕石を形成する。大気との相互作用は酸化を伴う溶融をもたらし，微小隕石の組成が変化するとともに大気組成にも影響を与えうる。本研究では，高温炉中で微粒子を自由落下させる実験系（Isobe and Gondo, 2013）を用いて，始原的隕石の主要構成成分の一つである硫化鉄微粒子の急加熱・急冷実験を行い，高層大気条件における硫化鉄の酸化挙動と組織形成過程について検討した。

実験　試料は，市販のFeS試薬を粉砕して作成した径約100µmの不定形粒子を用いた。出発物質粒子の観察，分析を行ったところ，試料は純粋なFeSではなく，酸化鉄マトリックス中にサブミクロン径の硫化鉄長柱状粒子が配列した組織を示す部分および一部金属鉄相からなっていた。また，不定形の空隙も存在していた。粉末X線回折の結果，FeS相は隕石物質中の硫化鉄相と同じtroiliteであった。加熱・急冷実験はケラマックス縦型小型管状炉を用い，FeS粒子の比重および酸素分圧を考慮してガス流量を制御した。本実験では，典型的な粒径の粒子は2秒以内に最高温度条件に達し，約0.5秒間1400°C以上の温度まで加熱された後急冷される。酸素分圧は，FMQ +1.5 log unitとした。実験生成物は，走査電子顕微鏡による外形観察および粒子内部組織の観察，組成分析を行った。

結果および考察　実験生成物粒子全体の形状は，球形だけではなく，円盤状または陥入部を持つものも観察された。粒子表面は，ほとんどが溶融によりなめらかな性状を示した。粒子表面に沿った樹枝状結晶組織や，骸晶状組織を示すものも存在した。粒子断面の観察・分析の結果，出発物質に見られたtroilite相，酸化鉄／硫化鉄混合相および金属相の混合組織は消失し，粒子内部まで溶融していることを示していた。多くの粒子で溶融部分の組成は均質化しており，出発物質粒子の平均組成と比較して粒子毎に異なる比率でSの減少とOの増加が起こっていた。ただし，Feと (S + O) の比はほぼ 1:1 で一定であった。
　酸化によって，Oを含む硫化鉄粒子表面にFe₃O₄組成の被膜が形成されているものも観察された。また，酸化が進んでSが失われた粒子では，FeOメルト中に幅1µm程度のFe₃O₄柱状結晶が配列した成長組織を示すものも存在した。Fe-S-O三成分系の相関係においては，FeS - FeO tie line 付近にFeOおよびFeSに飽和したリキダス面が存在することが報告されている（Ueda et al., 2008）。本実験において，1秒以下の短時間の加熱によっても，硫化鉄微粒子にFe-S-O三成分系の相関係によって規定された組成変化が起こることが示された。これは，大気加熱による隕石物質からのS成分の揮発が起こるためには，大気からの酸素の付加を必要とすることを示していると考えられる。酸素に乏しい大気を持つ惑星においては，隕石物質の加熱による大気へのSの付加は抑制されている可能性がある。