XAFSによるエアロゾル中の元素の化学種解析:カルボン酸錯体の生成や鉄の溶解性

• Project Area: Linkages in biogeochemical cycles between surface ocean and lower atmosphere
• Project/Area Number: 21014008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 高橋 嘉夫 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10304396)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2010: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2009: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 分子地球化学 / XAFS / エアロゾル / 化学種解析 / 粘土鉱物 / 水酸化鉄 / シュウ酸 / 地球冷却効果 / カルシウム / 鉄 / 中和 / 溶解性 / プランクトン

Research Abstract

本研究では、X線吸収微細構造法を駆使して、エアロゾル中の様々な元素の化学種を調べ、大気中でその元素が受ける化学的プロセスを理解することを目的として、以下の2つの研究を行った。
1.大気経由の鉄の海洋への供給は、海洋での生物生産を支配する因子として注目されている。大気経由の鉄供給とは、主にエアロゾルとして鉄が供給されることを示している。その際に重要な点は、供給されたエアロゾル中で鉄が溶解しやすい化学種として存在しているかどうかであるが、これまで鉄の化学種を直接決定した例が少なく、その溶解過程には不明な点が多かった。本研究では、放射光を用いたX線吸収微細構造法(XAFS法)を適用することで、黄砂粒子が長距離輸送される途上で黄砂中の鉄化学種がイライトやクロライトなどの粘土鉱物から大気中で酸化を受けフェリハイドライトに変化することを明らかにした。またその場合、溶解実験から鉄の溶解度が増加することが分かった。このことは、人為的な影響により黄砂からの鉄の溶解性が増加することを示唆している。
2.シュウ酸などのジカルボン酸は、大気中の水分を吸収し雲の核となって太陽光を反射するため、地球冷却効果を持つことが指摘されている。我々はカルシウムや亜鉛のXAFSスペクトルを詳細に解析することにより、エアロゾル中のこれらの金属イオンの化学種としてシュウ酸錯体が存在することを示した。また全シュウ酸化学種に占めるこのシュウ酸錯体の割合は、少なくとも50%以上を越えていることが分かった。シュウ酸が金属錯体となった場合、吸湿性が著しく低下することが予想されるため、シュウ酸はこれまでほど雲核の形成やそれに伴う地球寒冷化には寄与しないことが予想される。

Research Products

• [Journal Article] Oxalate metal complexes in aerosol particles : implications for the hygroscopicity of oxalate-containing particles (2011)
  • Author(s): T.Furukawa, Y.Takahashi
  • Journal Title: Atom.Chem.Phys. Volume: 11 Pages: 4289-4301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EXAFS study on the cause of enrichment of heavy REEs on bacterial cell surfaces (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi, M.Yamamoto, Y.Yamamoto, K.Tanaka
  • Journal Title: Geochim.Cosmochim.Acta Volume: 74 Pages: 5443-5462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antimony(V) incorporation into synthetic ferrihydrite, goethite, and natural Fe oxyhydroxides (2010)
  • Author(s): S.Mitsunobu, Y.Takahashi, Y.Terada, M.Sakata
  • Journal Title: Environ.Sci.Technol. Volume: 44 Pages: 3712-3718
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Speciation of tungsten in natural ferromanganese oxides using wavelength dispersive XAFS (2010)
  • Author(s): T.Kashiwabara, Y.Takahashi, et al.
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 39 Pages: 870-871
  • NAID: 10027184055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 放射光が拓く環境科学:分子地球化学の発展 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Journal Title: 学術の動向 Volume: 2010 Pages: 57-61
  • NAID: 130000450915
• [Journal Article] Neutralization of calcite in mineral aerosols by acidic sulfur species collected in China and Japan studied by Ca K-edge X-ray absorption near-edge structure (2009)
  • Author(s): Y.Takahashi, et al.
  • Journal Title: Environ. Sci. Technol. 43 Pages: 6535-6540
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of S(IV) species in aerosol particles using XANES spectroscopy (2009)
  • Author(s): M.Higashi, Y.Takahashi
  • Journal Title: Environ. Sci. Technol. 43 Pages: 7357-7363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A XAFS study on the mechanisms of isotopic fractionation of molybden um during its adsorption on ferromanganese oxides (2009)
  • Author(s): T.Kashiwabara, et al.
  • Journal Title: Geochem. J. 43
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X線吸収微細構造法の地球化学・環境化学への適用 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Journal Title: ぶんせき 2009 Pages: 189-195
  • NAID: 10025216362
• [Presentation] 地球の大気・海洋の進化-放射壊変現象やX線分析からの知見 (2011)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 第46回RI・放射線利用促進セミナー
  • Place of Presentation: 名古屋商工会議所(招待講演)
  • Year and Date: 2011-02-18
• [Presentation] 分子環境地球化学:化学種解析に基づく環境化学・地球化学 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: XAFS討論会
  • Place of Presentation: 立命館大学草津キャンパス(滋賀県)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-05
• [Presentation] Chemical processes in aerosols and their impacts on environment using X-ray absorption fine structure (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: Hiroshima University-Pusan National University Student Workshop
  • Place of Presentation: 東広島市伯和ホテル(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-29
• [Presentation] 環境化学:化学でみる地球環境や身の回りの環境 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 東広島市学校保健会研修会
  • Place of Presentation: 広島県学校給食総合センター(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-22
• [Presentation] 分子地球化学:XAFSによる化学種解析に基づく地球化学・環境化学的研究 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: アイソトープ・放射線研究発表会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-08
• [Presentation] エアロゾル中の元素の化学変化と環境影響 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: PF研究会「生体や環境研究に対するXAFSを中心とした放射光の応用と進展」
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構(つくば市)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-03
• [Presentation] 元素の性質の系統的理解に立脚した(無機)環境化学の勧め (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 環境化学討論会ナイトセッション
  • Place of Presentation: 中部大学(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-22
• [Presentation] Rare Earth element patterns as biomineralization probes (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2010
  • Place of Presentation: Noxville, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-14
• [Presentation] 黄砂の長距離輸送に伴う元素の化学変化と環境影響 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 第27回PFシンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場エポカル
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 軟X線分光を用いた環境・地球化学研究の展望 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 第23回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: イーグレ姫路
  • Year and Date: 2010-01-07
• [Presentation] Sensitive measurement of fluorescence XAFS using bent crystal analyzer and its application to radiogenic osmium in molybdenite (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: Hawaii, USA(招待講演)
• [Presentation] Speciation of various elements in aerosols by XAFS-Chemical processes in aerosols and their impacts on environment- (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: Hawaii, USA(招待講演)
• [Presentation] 放射光環境化学:分子レベルから環境を考える重要性 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 立命館大学オープンリサーチセンターシンポジウム
  • Place of Presentation: 立命館大学ローム記念館
  • Year and Date: 2009-11-14
• [Presentation] XAFS法による分子地球化学の発展 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: X線分析討論会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2009-11-06
• [Presentation] 分子地球化学:化学種解析による微量元素の性質の精密化がもたらす地球化学の新展開 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 日本地球化学会第56年会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 長距離輸送途上で起こる鉱物エアロゾル中の鉄化学種の変化(I) (2009)
  • Author(s): 束将之
  • Organizer: 日本地球化学会第56年会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 長距離輸送途上で起こる鉱物エアロゾル中の鉄化学種の変化(II) (2009)
  • Author(s): 東将之
  • Organizer: 日本地球化学会第56年会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 先端的XAFS法を用いた地球化学・環境化学研究 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 第13回SPring-8シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京ステーションコンファレンス
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] XAFS法による状態分析に基づく環境化学・地球化学 (2009)
  • Author(s): 高橋嘉夫
  • Organizer: 飯綱・サイエンスサマー道場
  • Place of Presentation: 飯綱高原「ホテルアルカディア」
  • Year and Date: 2009-08-18
• [Presentation] 鉱物エアロゾル中の鉄化学種が輸送途上で受ける形態変化 (2009)
  • Author(s): 東将之
  • Organizer: 第18回環境化学討論会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場エポカル
  • Year and Date: 2009-06-09
• [Book] 地球化学実験法 (2010)
  • Author(s): 高橋嘉夫(分担執筆)
  • Total Pages: 332
  • Publisher: 培風館