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2021 Fiscal Year Research-status Report

ルビジウムの分子地球化学:分子レベルの物理化学的普遍性が生む多様な地球惑星科学

Research Project

Project/Area Number 19K21893
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高橋 嘉夫  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 順司  北海道大学, 総合博物館, 准教授 (60378536)
板井 啓明  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60554467)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2023-03-31
Keywordsルビジウム / 分子地球化学 / 同位体分析 / XAFS
Outline of Annual Research Achievements

分子地球化学の重要な役割の1つに、元素の性質や化学反応特性に基づいて、化学種が変化する反応に着目することで新しい同位体ツールを開発することがある。これまで、ルビジウムイオン(Rb)や他のアルカリ金属イオンは反応性が非常に低いと認識されており、水-岩石相互作用におけるRbの同位体分別に関する研究は殆ど行われていない。しかし、層状珪酸塩との相互作用を考えると、アルカリ金属の反応性は低いとは言えない。 実際に、広域X線吸収微細構造(EXAFS)の分析から、セシウム(Cs)は2:1型層状珪酸塩(バーミキュライト、モンモリロナイト、イライト)に内圏錯体として吸着されることが分かっている。この特異的な吸着構造はCsのイオン半径に起因すると考えられているため、Csとイオン半径が近いRbも同様の層状珪酸塩上で内圏錯体を形成すると予測した。その結果本研究では、層状珪酸塩に対するRbの吸着において、バーミキュライトなどのように内圏錯体を形成する際に、Rb安定同位体比(δ87/85Rb)が分別し、固相側でRb同位体が軽くなることが分かった。一方で、外圏錯体として吸着されるスメクタイトの場合には、同位体分別が生じないことが判明した。さらに各種標準岩石と海水に対してRb同位体比を測定したところ、層状ケイ酸塩が多く含まれる堆積岩において、Rb同位体が海水に対して軽くなることが分かった。一方、陸水(琵琶湖)の堆積物では、火成岩より低い同位体比を示し、これも陸水系での同位体分別を仮定すれば、室内吸着実験から合理的に説明可能である。これらの発見から、Rb同位体比は水-岩石比などにより決定される可能性がある。これらは、吸着構造からの予想される同位体分別が実際の環境中で起こり、それが地球化学ツールとして有効であることを示すことになるため、分子地球化学的研究の典型例として注目される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定した室内系での実験での化学種解析と同位体分析を終えており、本研究の根幹となる研究を遂行することができた。さらに各種岩石、海水、陸水などへの適用も進め、室内系の実験の予想と非常に整合的な結果が得られている。これらは、分子レベルからの予想により新たらしい地球化学ツールを開発するという本研究の狙いが見事に的中したことを示しており、萌芽的研究として本研究を推進した意義が大いにあったと考えている。

Strategy for Future Research Activity

実際の応用研究としては、海水-堆積物系への応用は進めたものの、地殻物質のリサイクルや隕石への適用による水-岩石比の推定などのさらなる応用研究への展開は、今後の研究を待つものとなっている。いずれのテーマも、それだけで地球科学的に大きなインパクトがある研究であり、今後の発展が大いに望まれる。

Causes of Carryover

Rbの同位体比測定に使用するためのICP-MS分析機器に不測の故障が生じたため、当装置の修理・調整・動作確認に時間を要したため。

  • Research Products

    (54 results)

All 2022 2021

All Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 14 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 4 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Recovery of Au from dilute aqua regia solutions via adsorption on the lyophilized cells of a unicellular red alga Galdieria sulphuraria: A mechanism study2022

    • Author(s)
      Miyashita Shin-Ichi、Ogura Toshihiko、Kondo Takahiro、Fujii Shin-Ichiro、Inagaki Kazumi、Takahashi Yoshio、Minoda Ayumi
    • Journal Title

      Journal of Hazardous Materials

      Volume: 425 Pages: 127982~127982

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2021.127982

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The uptake of selenite in calcite revealed by X-ray absorption spectroscopy and quantum chemical calculations2022

    • Author(s)
      Yokoyama Yuka、Qin Hai-Bo、Tanaka Masato、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 802 Pages: 149221~149221

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2021.149221

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thioester synthesis through geoelectrochemical CO2 fixation on Ni sulfides2021

    • Author(s)
      Kitadai Norio、Nakamura Ryuhei、Yamamoto Masahiro、Okada Satoshi、Takahagi Wataru、Nakano Yuko、Takahashi Yoshio、Takai Ken、Oono Yoshi
    • Journal Title

      Communications Chemistry

      Volume: 4 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1038/s42004-021-00475-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Survey of impact glasses in shergottites searching for Martian sulfate using X-ray absorption near-edge structure2021

    • Author(s)
      Shidare Masashi、Nakada Ryoichi、Usui Tomohiro、Tobita Minato、Shimizu Kenji、Takahashi Yoshio、Yokoyama Tetsuya
    • Journal Title

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      Volume: 313 Pages: 85~98

    • DOI

      10.1016/j.gca.2021.08.026

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Field Investigations of Chemical Partitioning and Aqueous Chemistry of Freezing Closed‐Basin Lakes in Mongolia as Analogs of Subsurface Brines on Icy Bodies2021

    • Author(s)
      Yoda Masahiro、Sekine Yasuhito、Fukushi Keisuke、Kitajima Takuma、Gankhurel Baasansuren、Davaasuren Davaadorj、Gerelmaa Tuvshin、Ganbat Shuukhaaz、Shoji Daigo、Zolotov Mikhail Y.、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Planets

      Volume: 126 Pages: 1-22

    • DOI

      10.1029/2021JE006972

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anaerobic Microscopic Analysis of Ferrous Saponite and Its Sensitivity to Oxidation by Earth’s Air: Lessons Learned for Analysis of Returned Samples from Mars and Carbonaceous Asteroids2021

    • Author(s)
      Noda Natsumi、Yamashita Shohei、Takahashi Yoshio、Matsumoto Megumi、Enokido Yuma、Amano Kana、Kawai Takahiro、Sakuma Hiroshi、Fukushi Keisuke、Sekine Yasuhito、Nakamura Tomoki
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 11 Pages: 1244~1244

    • DOI

      10.3390/min11111244

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Contribution of combustion Fe in marine aerosols over the northwestern Pacific estimated by Fe stable isotope ratios2021

    • Author(s)
      Kurisu Minako、Sakata Kohei、Uematsu Mitsuo、Ito Akinori、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Atmospheric Chemistry and Physics

      Volume: 21 Pages: 16027~16050

    • DOI

      10.5194/acp-21-16027-2021

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hydration structures of barium ions: Ab initio molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies2021

    • Author(s)
      Yamaguchi Akiko、Kobayashi Keita、Takahashi Yoshio、Machida Masahiko、Okumura Masahiko
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 780 Pages: 138945~138945

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2021.138945

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Selenium isotope fractionation during adsorption onto montmorillonite and kaolinite2021

    • Author(s)
      Xu Wenpo、Qin Hai-Bo、Zhu Jian-Ming、Johnson Thomas M.、Tan Decan、Liu Chengshuai、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Applied Clay Science

      Volume: 211 Pages: 106189~106189

    • DOI

      10.1016/j.clay.2021.106189

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] First X-ray Spectroscopic Observations of Atmospheric Titanium Species: Size Dependence and the Emission Source2021

    • Author(s)
      Sakata Kohei、Takahashi Yoshio、Takano Shotaro、Matsuki Atsushi、Sakaguchi Aya、Tanimoto Hiroshi
    • Journal Title

      Environmental Science and Technology

      Volume: 55 Pages: 10975~10986

    • DOI

      10.1021/acs.est.1c02000

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Highly-sensitive Analysis of Fluorescence XANES at Europium (Eu) L<sub>III</sub>-edge for the Determination of Oxidation State for Trace Amount of Eu in Natural Samples by Bragg-type Crystal Analyzer System2021

    • Author(s)
      Konagaya Rimi、Kawamura Naomi、Yamaguchi Akiko、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Pages: 1570~1572

    • DOI

      10.1246/cl.210249

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Speciation of Magnesium in Aerosols Using X-ray Absorption Near-Edge Structure Related to Its Contribution to Neutralization Reactions in the Atmosphere2021

    • Author(s)
      Kawai Takahiro、Yamakawa Yoshiaki、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Atmosphere

      Volume: 12 Pages: 586~586

    • DOI

      10.3390/atmos12050586

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The pressure-induced local structural change around tungsten in silicate glass2021

    • Author(s)
      Ozawa K.、Hirose K.、Kuwayama Y.、Takahashi Y.
    • Journal Title

      Geochemical Perspectives Letters

      Volume: 18 Pages: 6~10

    • DOI

      10.7185/GEOCHEMLET.2116

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A New Constraint on the Physicochemical Condition of Mars Surface during the Amazonian Epoch Based on Chemical Speciation for Secondary Minerals in Martian Nakhlites2021

    • Author(s)
      Suga Hiroki、Suzuki Keika、Usui Tomohiro、Yamaguchi Akira、Sekizawa Oki、Nitta Kiyofumi、Takeichi Yasuo、Ohigashi Takuji、Takahashi Yoshio
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 11 Pages: 514~514

    • DOI

      10.3390/min11050514

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 放射光X線吸収微細構造法を用いた宇宙地球化学・環境化学研究の新展開: 高エネルギー分解能蛍光X線検出の利用2021

    • Author(s)
      高橋 嘉夫
    • Journal Title

      ぶんせき

      Volume: 10 Pages: 540~546

  • [Presentation] Establishment and application of STXM system for the development of aquaplanetology research2022

    • Author(s)
      高橋嘉夫・河合敬宏・中村智樹・榎戸祐馬・井上皓介・野田夏実・山下翔平・武市泰男・木村正雄・伊規須素子・若林大祐・薮田ひかる・癸生川陽子・諸野祐樹・浦本豪一郎・白石史人・浅野眞希・板井啓明・奥村大河・宮原正明・坂田昂平・小野寛太・福士圭介・関根康人
    • Organizer
      2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [Presentation] Molecular Geochemistry: systematic understanding of geochemical behaviors of various elements based on XAFS2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫
    • Organizer
      Global XAS Journal Club from Europe and Asia-Oceania
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 水田土壌への低結晶性鉄鉱物の添加による鉄還元菌窒素固定の増強2021

    • Author(s)
      佐藤咲良・増田曜子・大峽広智・小暮敏博・高橋嘉夫・妹尾啓史
    • Organizer
      土壌肥料学会関東支部大会
  • [Presentation] 顕微ラマン分光法と顕微 X 線分光法によるウラン微粒子の化学状態分析2021

    • Author(s)
      蓬田 匠・辻章浩・高橋嘉夫・宮本ユタカ
    • Organizer
      日本放射化学会第65回討論会(2021)
  • [Presentation] EXAFSによるRaの水和状態と粘土鉱物への吸着状態の解明2021

    • Author(s)
      山口瑛子・永田光知郎・田中万也・小林恵太・奥村雅彦・小林 徹・条晃司郎・谷田肇・関口哲弘・金田結依・松田晶平・横山啓一・矢板 毅・吉村 崇・ 高橋嘉夫
    • Organizer
      日本放射化学会第65回討論会(2021)
  • [Presentation] 宇宙地球化学試料のマイクロ XRF-XAFS 研究の新展開:高エネルギー領域への展開や超伝導転移端検出器の導入2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2021
  • [Presentation] 北海道 ルスツリゾートホテル&コンベンション2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫
    • Organizer
      新学術領域ルスツ合宿
    • Invited
  • [Presentation] Distribution of uranium and arsenic between sediment and water of alkalinehyposaline lake from Valley of Gobi Lakes in Mongolia2021

    • Author(s)
      Baasansuren Gankhurel・福士圭介・Davaadorj Davaasuren・今井英吾・北島卓磨・Tuvshin Gerelmaa・関根康人・高橋嘉夫・長谷部徳子
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 太陽系小天体の表面過程の理解のための有機物の宇宙曝露実験2021

    • Author(s)
      癸生川 陽子・古賀優志・松岡 萌・左近 樹・小林 正・伊藤元雄・山下翔平・武市泰男・高橋嘉夫・三田 肇・矢野 創
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 海洋生態系における鉄安定同位体比分布とその制御要因2021

    • Author(s)
      長谷川菜々子・板井啓明・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 船舶由来の硫酸・シュウ酸エアロゾルの化学種解明と反応過程の解析2021

    • Author(s)
      今町海斗・名取幸花・栗栖美菜子・宮本千尋・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 北太平洋亜寒帯域におけるエアロゾル中の鉄化学種・ 安定同位体比に基づく起源別の鉄の寄与推定2021

    • Author(s)
      栗栖美菜子・坂田昂平・小畑 元・西岡 純・Tim M. Conway・鈴木勝彦・柏原輝彦・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] エウロパ表面での酸化剤生成の物質選択性:内部海化学、生命利用エネルギーへの影響2021

    • Author(s)
      丹 秀也・関根康人・末松久幸・菊池崇志・羽馬哲也・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] ラジウムの水和構造及び粘土鉱物への吸着構造の解明2021

    • Author(s)
      山口瑛子・永田光知郎・田中万也・小林恵太・奥村 雅彦・小林 徹・下条晃司郎・谷田 肇・関口哲弘・金田結依・松田晶平・横山啓一・矢板毅・吉村 崇・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] レアアースイオン吸着型鉱床の原岩における重レアアースの起源と分布2021

    • Author(s)
      長澤 真・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 天然でのレアアースの吸着や共沈による濃集プロセスの系統的な比較2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫・長澤 真・秦海波・山口瑛子・柏原輝彦・田中万也
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] Bragg 型分光器を用いた高エネルギー分解能蛍光検出 XANES による天然試料中の微量ユウロピウムの酸化状態決定2021

    • Author(s)
      小長谷莉未・河村直己・山口瑛子・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 初期火星における強酸性表層水による表層のAl に富む粘土鉱物形成の可能性2021

    • Author(s)
      杉内光輝・関根康人・丹 秀也・野田夏実・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] 湖水-堆積物間における各種リン酸化学種分配実験に基づく湖水中リン濃度の規制要因解析2021

    • Author(s)
      石水浩喜・板井啓明・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] オンネトー湯の滝で見られるテトラド効果2021

    • Author(s)
      田中万也・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球化学会 第68回オンライン年会
  • [Presentation] High energy resolution fluorescence XAFS for the speciation of trace elements in geochemical and environmental samples2021

    • Author(s)
      Yoshio Takahashi, Akiko Yamaguchi
    • Organizer
      2021 Goldschmidt
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Iron stable isotope variation of marine organisms in Northwest Pacific Ocean2021

    • Author(s)
      Nanako Hasegawa , Takaaki Itai ,Tatsuya Kunisue , Shinsuke Tanabe and Yoshio Takahashi
    • Organizer
      2021 Goldschmidt
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Salt partitioning on freezing closed-basin lakes in Mongolia: Implications for subsurface brine reservoirs on icy bodies in the Solar system2021

    • Author(s)
      Masahiro Yoda, Yasuhito Sekine, Keisuke Fukushi, Takuma Kitajima, Baasansuren Gankhurel, Davaadorj Davaasuren, Tuvshin Gerelmaa, Shuukhaaz Ganbat, Daigo Shoji, Yoshio Takahashi, Mikhail Zolotov
    • Organizer
      2021 Goldschmidt
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The role of ferrous saponite in the formation of sulfur-bearing organic matter on early Earth and early Mars2021

    • Author(s)
      Natsumi Noda, Yasuhito Sekine, Yoshio Takahashi, Hiroshi Sakuma, Takahiro Kawai, Mayuko Nakagawa, Norio Kitadai, Kristin Johnson-Finn, Shawn E McGlynn
    • Organizer
      2021 Goldschmidt
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射性セシウムの吸着に及ぼす有機物の役割2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫
    • Organizer
      アイソトープ・放射線研究第58回研究発表会
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Local structure of rare earth elements in marine ferromanganese oxides by extended X-ray absorption fine structure analysis2021

    • Author(s)
      長澤 真・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] STXMによる惑星表面での粘土鉱物の還元作用による有機物合成過程の解明2021

    • Author(s)
      河合敬宏・菅 大輝・武市泰男・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 地球化学的ツールとしてのルビジウム安定同位体比の可能性2021

    • Author(s)
      小長谷莉未・坪井寛行・板井啓明・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] 高エネルギー分解能蛍光XAFSによる環境中の微量元素のスペシエーション2021

    • Author(s)
      山口瑛子・三浦 輝・長澤 真・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] Development of iron stable isotope measurement for biological tissue and its application to the marine organisms2021

    • Author(s)
      長谷川菜々子・板井啓明・高橋嘉夫・国末達也・田辺信介
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] 新しいX線分光法による環境中のセシウムのスペシエーション2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫・三浦 輝・津旨大輔・栗原雄一
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • Invited
  • [Presentation] No effective oxychloride formations on Europa's surface inferred from UV/electron irradiation experiments onto salt-ice mixtures2021

    • Author(s)
      丹 秀也・関根康人・菊池崇志・末松久幸・羽馬哲也・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] The petrological and mineralogical descriptions of nakhlites NWA 6148 and NWA 101532021

    • Author(s)
      久木原 翔・宮原正明・山口 亮・高橋嘉夫・武市泰男・富岡尚敬・大谷栄治
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] Comparison of cesium-bearing microparticles from marine and terrestrial sources2021

    • Author(s)
      三浦 輝・久保篤史・石丸 隆・伊藤 友加里・神田穣太・津旨大輔・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] 鉄サポナイトの合成と酸化・還元の可逆性2021

    • Author(s)
      佐久間 博・森田康暉・福士圭介・高橋嘉夫・野田夏実・関根康人・田村堅志
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] Field investigations on salt partitioning in frozen closed-basin lakes in Mongolia as terrestrial analogues of subsurface brine reservoirs on Solar System icy bodies"2021

    • Author(s)
      依田優大・関根康人・福士圭介・北島卓磨・Gankhurel Baasansuren・Davaasuren Davaadorj・Gerelmaa Tuvshin・Ganbat Shuukhaaz・庄司大悟・高橋嘉夫
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Presentation] 初期火星における二価鉄サポナイトの有機硫黄化合物生成、炭素循環、気候に対する役割2021

    • Author(s)
      野田夏実・関根康人・高橋嘉夫・佐久間 博・河合敬宏・中川 麻悠子・北台紀夫・Kristin Johnson-Finn・Shawn McGlynn
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2021年大会
  • [Book] 「ぶんせき」誌2021年10号2021

    • Author(s)
      高橋嘉夫
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      公益社団法人 日本分析化学会
  • [Book] 『科学-科学と政策 繰り返される“失敗”の力学』VOL.92No.32021

    • Author(s)
      三浦 輝・栗原雄一・高橋嘉夫
    • Total Pages
      4
    • Publisher
      岩波書店

URL: 

Published: 2022-12-28  

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