<講義ノート>結晶成長の理論的研究と地球惑星科学への応用

Abstract

地球上の岩石や宇宙からやってくる隕石には, 様々な結晶質物質が含まれています。一方で, 惑星の原材料である星間固体物質は, ほぼすべてが非晶質であると考えられています。このことは, 惑星が形成される過程において, 結晶でなかった固体物質が結晶化したことを意味しています。これらの固体物質がどのような条件で結晶化したのかが分かれば, 地球深部や, 46億年昔の初期太陽系の環境を推測することができるかもしれません。私は, 結晶の形やサイズ, 化学組成などの特徴から, その結晶が形成した環境を推測する研究に取り組んでいます。例えば, 雪の結晶には, 平板状, 角柱状, 樹枝状など様々な形がありますが, これは雪の結晶が成長する際の大気の温度と水蒸気量によって決まることが知られています。つまり, 原理的には, 地上に降ってくる雪の結晶の形を見れば, それが作られた上層大気の状態を推測することができるということです。与えられた条件において結晶がどのように成長するのか。この関係を理解するための学問が結晶成長学です。結晶成長とはすなわち相転移なので, 熱力学や統計力学が考え方の基本になります。ですが, 原子や分子は結晶のどこに取り込まれるのか, その取り込み効率はどう決まるのか, 不純物は結晶成長にどのような影響を及ぼすのかなど, 結晶成長を理解するには様々な要素を考慮する必要があります。本集中ゼミでは, 結晶成長の基本的な考え方を紹介し, 結晶成長学の理論的な研究, 及び, それの地球惑星科学への応用について紹介します。