2020 Fiscal Year Annual Research Report
Origin and formation environment of deep mantle diamonds and the role of fluid
| Project/Area Number |
20H02009
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
大藤 弘明 東北大学, 理学研究科, 教授 (80403864)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
M Satish‐Kumar 新潟大学, 自然科学系, 教授 (50313929)
鍵 裕之 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70233666)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ダイヤモンド / 包有物 / 高圧実験 / 炭素同位体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ダイヤモンド中に含まれる包有物の観察・分析と高圧実験によるアプローチを組み合わせ，未だ謎に包まれているマントル深部由来のダイヤモンドの起源と生成場，生成プロセスとそこにおける流体の役割りを明らかにすることを目的とする．昨年度は，マントル深部に由来すると考えられるブラジル産のダイヤモンド試料中に含まれる包有物の記載・分析を進めた．新たに導入したデジタルマイクロスコープと一軸レンズシステムを活用して，包有物の特に濃集した部位を特定し，そのイオン研磨断面において負晶様（多面体）形態を示すサブミクロンサイズの包有物を多数見出した．産状からしてダイヤモンドの成長時に取り込まれた流体包有物と考えられ，今後TEMを用いて内部析出の分析と流体組成の推定を進める予定である．
一方，還元的なC-H-O流体共存下におけるダイヤモンドの生成メカニズムを調べるための高圧実験の準備も平行して進めた．後述のように異動により研究環境が大きく変わったため，高圧実験に用いる高圧セルの最適化や高圧装置の圧力校正などを進め，まずはルーティン的に高圧実験を行える環境を整備するに至った．また，研究分担者のSatish Kumar氏に協力いただき，高圧実験の出発物質として用いる炭酸塩鉱物（マグネサイト）とC-H-O流体のソース物質であるステアリン酸の炭素同位体分析を行い，前者が0‰前後，後者が-20‰前後の炭素同位体比を有することを明らかにした．今後，これらを出発物質に，炭酸塩とC-H-O流体が共存する環境においてダイヤモンド合成実験を行い，それぞれの間の炭素同位体分配とダイヤモンドの生成メカニズムを検討してゆきたい．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度前半は，新型コロナウィルスの影響で，大学へ出勤しての研究活動が一部制限された．また，年度後半は，研究代表者である当方が現在の職場である東北大学へ異動することとなったため，研究を進めるのに必要な器具や装置などの移設作業や再設置後の調整など，実験室や研究環境の整備に多くの時間と労力を要した．そのため，研究試料の観察，分析は当初の予定ほどは進まず，高圧実験に関しても実験を再開するための準備・調整が必要であったため，計画していた実験を全て行うことができなかった．しかし，それでも電子顕微鏡観察のために必要な試料の調整と加工（顕微鏡による試料の選定とArイオン研磨加工など）を進められる環境は整い，また高圧実験に関しても，必要な高圧セルパーツの加工やマルチアンビル高圧装置の圧力校正や加熱試験など一通りの調整を終え，実際の出発試料を用いた高圧合成を行えることを確認している．よって，新型コロナや異動による研究環境の変化による影響はあったものの，計画の遅れは深刻ではなく，むしろ今年度に研究を加速させるための環境は整ったといえる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
前述の通り，昨年度はコロナ禍，および研究代表者の異動による研究環境の変化（再構築）が影響し，ダイヤモンド試料の分析・観察，および高圧実験を通した実験的な考察が当初予定よりも進まなかった．そこで今年度は，米国GIAおよびロシア科学アカデミーの共同研究者からより多くの試料を提供いただき，電子顕微鏡観察および分光分析を通して，流体包有物の記載・分析を加速させたい．特に集束イオンビーム（FIB）とTEM観察により，包有物内部における析出相の分析を進め，元々の流体の化学的特徴とその起源について調べてゆく．
一方，高圧実験を進める環境は整い，出発物質に用いる炭酸塩および流体ソース物質であるステアリン酸の炭素同位体分析も終えているため，今後は温度，圧力および酸素フガシティー条件を変化させながら高圧実験を繰り返し，回収試料の組織・組成の観察と炭素同位体分析を通して，還元流体共存下におけるダイヤモンドの生成プロセスと炭素の起源について調べてゆきたい．分担者のSatish Kumar氏らにより，数十マイクログラム程度の極めて微量の試料でも高精度な炭素同位体分析が可能であることが示されており，高圧実験より回収される僅かなダイヤモンド試料の分析も十分期待できる．
|
-
-
-
[Journal Article] Diamond formation from methane hydrate under the internal conditions of giant icy planets2021
Author(s)
Kadobayashi, H., Ohnishi, S., Ohfuji, H., Yamamoto, Y., Muraoka, M., Yoshida, S., Hirao, N., Kawaguchi-Imada, S., Hirai, H.
-
Journal Title
Scientific Reports
Volume: 11
Pages: 8165
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
[Journal Article] Microdiamond in a low-grade metapelite from a Cretaceous subduction complex, western Kyushu, Japan2020
Author(s)
T. Nishiyama, H. Ohfuji, K. Fukuba, M. Terauchi, U. Nishi, K. Harada, H. Unoki, Y. Moribe, A. Yoshiasa, S. Ishimaru, Y. Mori, M. Shigeno, S. Arai
-
Journal Title
Scientific Reports
Volume: 10
Pages: 11645
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
