蛇紋岩熱水系深部-無水マントル境界における非生物的炭化水素合成に関する実験的研究
| Project/Area Number |
22H00181
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
|
|---|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
渋谷 岳造 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 主任研究員 (00512906)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
須田 好 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究員 (00792756)
眞壁 明子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 准研究副主任 (90752618)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
|
|---|
| Keywords | 炭化水素合成 / 蛇紋岩 / 熱水系 / 高温高圧実験 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
1960年代の報告以来、蛇紋岩熱水系で発生する熱水は、非生物的に合成されたメタンなどの炭化水素を特異的に含んでいることが知られるようになった。しかし、現在の観測データを説明する化学反応とその地質プロセスについて未だ議論が収束していない。そこで本研究では、これまで考えられてこなかった蛇紋岩熱水系深部と無水マントルの境界における化学反応に着目し、新たな作業仮説に基づいて再現実験を行う。そして、実験的に検証された「蛇紋岩熱水系深部-無水マントル境界における炭化水素合成モデル」を構築する。この研究は、極限環境微生物学、惑星科学、エネルギー開発など、異分野への波及効果が期待される。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、蛇紋岩熱水系における非生物的炭化水素合成反応の物理化学条件依存性（温度・圧力・初期流体組成・触媒組成）とそれを駆動する触媒生成メカニズムを明らかにし、実験的に検証された「蛇紋岩熱水系深部-無水マントル境界における炭化水素合成モデル」を構築することを目的としている。
令和４年度は、蛇紋岩熱水系深部-無水マントル境界を模した高温高圧水-岩石反応実験を行った。渋谷（代表）は、Fe-Ni合金によって駆動される非生物的炭化水素合成反応の温度依存性を検証するために、300℃と425℃（いずれも500気圧）で実験を開始した。また、天然の岩石を用いたFe-Ni合金合成実験は反応時間が長いため（1年以上）、300℃、500気圧の実験を開始した。須田（分担）は、産業技術総合研究所の同位体ラベル試料専用のラボにて、水-岩石反応実験で得られる溶液試料の溶存有機酸分析システムの整備を行った。眞壁（分担）は、水-岩石反応実験で得られる溶液試料の溶存ガス及び揮発性有機物分析の分析システムの整備を行い、開発した分析法を実験試料に適用した。
Fe-Ni合金を用いた実験では、先行研究に比べてFe-Ni合金の導入量を多くした結果、先行研究以上に反応時間が長くなったため令和５年４月現在も実験を継続中である。このことは、先行研究ではFe-Ni触媒の酸化などによる触媒機能の喪失が起きていた可能性があることを示している。また、得られている分析結果は300℃の実験の方がメタンと蟻酸の生成がやや早いことを示しており、Fe-Ni合金が存在する熱水系においては炭化水素合成反応が早く進みやすい領域があることを示唆している。かんらん石を用いた実験では、初期物質として導入した二酸化炭素がギ酸に還元される反応が進行中であるのが確認されている。このことは、蛇紋岩熱水系での二酸化炭素の還元プロセスにおいてギ酸までは比較的早く進むことを示している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は、実験中のトラブルも少なく、Fe-Ni合金を用いた実験とかんらん石を用いた実験を当初の計画通り進めることができた。300℃と425℃の温度で開始したFe-Ni合金を用いた実験では、現在もリーク等、失敗を示すデータは得られておらず炭化水素合成反応が進んでいることを確認できている。また、かんらん石を用いた実験も予定通りデータが得られており、Fe-Ni合金を用いた実験とは違う反応プロセスを示していることを確認できている。このようなことから、全体の進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究が順調に進んでいることから、当初の計画通りに研究を進めていく。Fe-Ni合金によって駆動される非生物的炭化水素合成反応実験については、今後はさらに低温の実験を行う。これにより非生物的炭化水素合成反応の温度依存性を明らかにする。また、実験によって得られたデータと熱力学計算結果を比較し、Fe-Ni合金触媒を介した炭化水素合成反応の反応速度論に基づく解釈を行う。令和4年度から継続中のかんらん石を用いた実験についても定期的にデータを取得する。
|
Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
-
-
[Journal Article] Mineralogical alteration of a type A CAI from Allende CV3 chondrite: Formation of secondary dmisteinbergite and its phase transition to anorthite2023
Author(s)
Enokido, Y., Nakamura, T., Matsumoto M., Miyake, A., Shibuya, T., Park, C., Zolensky M. E.
-
Journal Title
Meteoritics & Planetar Science
Volume: 58
Issue: 3
Pages: 405-420
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Detection of Phosphate in Enceladus' Ocean: Its Implications for Geochemistry and Habitability2022
Author(s)
Yasuhito Sekine, Frank Postberg, Fabian Klenner, Christopher R Glein, Zenghui Zou, Bernd Abel, Jon Hillier, Nozair Khawaja, Sascha Kempf, Lenz Nolle, Takuya Saito, Juergen Schmidt, Takazo Shibuya, Ralf Srama and Shuya Tan
Organizer
AGU Fall Meeting 2022
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
