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
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19K21893
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | ルビジウム / 分子地球化学 / 同位体分析 / XAFS |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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| 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。
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Research Products
(54 results)
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[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
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