2018 Fiscal Year Annual Research Report
マントル鉱物におけるOH欠陥：先端ＮＭＲ分光法と第一原理計算による徹底解明
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17H01174
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
薛 献宇 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (70362986)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神崎 正美 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (90234153)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉱物構造 / 水 / 欠陥 / 高圧 / 分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度で取り組んできたMgSiO3 enstatite における水の溶解機構について、さらに追加研究を実施した。特により高圧条件(14 GPa)で合成したclinoenstatiteでは、水素結合の強い水素の存在が1H NMRから分かり、OH伸縮振動数の低いバンドの存在が予想されるが、水素含有量が低いこともあり、ラマン測定からは明確に確認できなかった。そのため、赤外吸収測定も実施し、期待される周波数範囲で極めて弱いシグナルが見られた。また、より詳細な第一原理計算を実施し、Si欠陥における水素の分布様式は、複数の可能性があることを確認した。
マントル遷移帯の主要構成鉱物である含水wadsleyite、ringwoodite については、マルチアンビル高圧装置を用いて合成した試料の1H MAS および1H-29Si CPMAS NMR解析を実施した。特にringwooditeについては、初めてSiおよびMgの欠陥に配置される水素と思われる複数の1H MAS NMRピークが確認された。また、第一原理計算によるMgおよびSi欠陥における水素の配置の様々な可能性を検証し、対応するNMRパラメータの計算を実施した。ただし、観測されたNMRスペクトルの詳細な水素の配置に関する確かな解釈に至るまでは、さらなる検証が必要である。この研究は、次年度も引き続き継続する予定である。
また、MgSiO3 pyropeやMgSiO3-Mg3Al2(SiO4)3 系の中間組成を持つmajoriteにおける水の溶解機構を調べるために、マルチアンビル高圧装置を用いて試料合成を実施した。今後は詳細なNMRや振動分光法測定および第一原理計算を実施する予定である。
関連して、NMR測定および量子力学計算によるケイ酸塩マグマにおけるCO2の溶解機構に関する研究成果を国際誌に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
主要なマントル鉱物であるenstatite, garnet, wadsleyite, ringwooditeなどについて、1H MASや1H-29Si MAS NMR測定や第一原理計算等により、他の手法から得難い水素の欠陥に関する構造情報を得ることができた。ただし、これらを全て仕上げて、国際誌に論文として公表するまでは、当初の計画より時間がかかることが分かった。今後は、引き続き着実に丁寧に実施していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も重要なマントル鉱物について、丁寧にマルチアンビル高圧装置で合成し、多様なNMR測定、ラマンや赤外吸収測定、第一原理計算を実施し、マントル鉱物における水素の欠陥に関する徹底的解明を目指す。
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