| Project/Area Number |
22H00181
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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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), 上席研究員 (00512906)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2025: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
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)
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| Keywords | 炭化水素合成 / 蛇紋岩 / 熱水系 / 高温高圧実験 |
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| 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。
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| 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６年度も、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-岩石反応実験を継続して行った。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行っていた300℃と425℃（いずれも500気圧）の実験を終了し、溶液の化学分析を行った。また、かんらん石を用いた水-岩石反応実験を終了し、生成物の解析を行った。この実験に関しては当初の想定以上に著しい進捗があったため、初期条件を変えた実験を新規に開始した。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た溶液試料の溶存有機酸分析を行い、実験で発生した有機酸の炭素同位体ラベル率を決定した。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を行い、実験で発生したメタン等揮発性有機物の炭素同位体ラベル率を決定した。
以上の結果、天然のかんらん石を用いた実験では、二酸化炭素還元に由来するメタンや有機酸の発生が同位体分析によって確認された。このことは、天然の蛇紋岩熱水系において非生物的二酸化炭素還元炭化水素合成が起きうることを強く示唆している。また、反応メカニズムについても大きな制約が与えることができると考えられる。
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| 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６年度は、大幅な進捗がみられた実験的研究をさらに補強するための分析と新規の実験を優先的に行なった。その結果、触媒を用いない系でも二酸化炭素還元炭化水素合成反応が起きることが明らかになった。このことは本研究の開始時に立てた仮説が実験的に証明されたことを示している。また、当初の計画の最終目的が達成され、予想以上の進展があったともいえる。一方、この大幅な進捗に関する実験を優先したため、当初予定していたいくつかの副次的な実験を先送りしたままになっている。したがって、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。
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| Strategy for Future Research Activity |
先送りしているFe-Ni合金触媒を用いた２つの実験を行う。触媒組成と圧力をそれぞれ独立に変化させて実験を行い、炭化水素合成の触媒組成依存性と圧力依存性を明らかにする。また、新規に開始している実験についても引き続き解析を進める。令和６年度末までにこれまでの結果をまとめ、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する。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。
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