脈として産する高圧鉱物の複数相飽和実験による沈み込み流体組成と移動の解明
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19J21319
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 菜緒子 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 外熱式ダイヤモンドアンビルセル / ラマン分光法 / その場観察 / 石英 / 珪酸塩 / ルチル / 溶解 / 沈み込み帯 / プレート境界岩 / 高圧鉱物脈 / 流体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、天然のプレート境界岩石中の流体から直接晶出した高圧鉱物脈が溶解・飽和する条件に着目し、実験的研究によって沈み込みスラブから脱水した流体の化学組成と移動について新たな情報の獲得に取り組むものである。野外採取したプレート境界岩中の脈の鉱物相や化学組成情報をもとに、実験の出発物質の作成を行う。その後、脈鉱物または等組成の合成試料を出発物質として複数相飽和実験の有効性を検証する。さらに母岩と非平衡な流体沈殿を記録した高圧鉱物脈を出発物質とした複数相飽和実験を実施し、スラブ流体の活動温度圧力条件と化学組成・移動と島弧火山マグマの微量元素組成への寄与を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究最終年度の2021年度は、前年度までに外熱式ダイヤモンドアンビルセル高温高圧発生装置を用いたその場観察及びラマン分光測定実験法を確立したことで、高温高圧下における水溶液への石英(SiO2)とルチル(TiO2)の溶解特性に関する系統的なデータの取得に成功した。造岩鉱物の主成分である珪酸塩が沈み込み帯流体に溶解するメカニズムを分子レベルの構造から理解するために、最大約750 °C、約1.5 GPa条件でアルカリ性水溶液への石英の溶解度と石英飽和流体のラマンスペクトルを測定した。本研究は、これまで同様の研究でなされなかった溶解度とラマンスペクトルの同時測定に加え、溶存珪酸塩のラマンバンドの詳細な解析を行った。これにより、高温高圧下における純水とアルカリ性水溶液への珪酸塩の溶解特性の違いを示した。また実験結果は中性種やイオンを考慮した熱力学モデルと一致せず、珪酸塩陰イオンや重合種がアルカリ性水溶液への石英の高い溶解度に寄与することを示した。これらに基づき、沈み込み帯深部環境下でアルカリ性流体中に形成する珪酸塩種が特定の金属元素の溶解を促進するメカニズムを提案した。さらに、プレート境界岩中の高圧鉱物脈でしばしば異常濃集が観察されるルチルが沈み込み帯流体に溶解する条件を解明するために、構築したシステムを用いて高温高圧下で多様なナトリウム塩水溶液（Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaF水溶液）へのルチル溶解実験を行った。上述の水溶液に対するルチル溶解度は、純水に比べて最大一桁高く、流体のpHまたは錯体を形成する配位子の存在度により制御されることが明らかになった。この結果は、沈み込み帯深部環境で一般的に不動元素とされるチタンが流体を介して移動するメカニズムの理解を前進させる。これらの研究成果の一部は、国内学会で発表を行った他、国際誌に掲載された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
