2022 Fiscal Year Annual Research Report
Ressearch on hydrogen in the deep earth by neutron crystallography and mass spectroscopy
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21H04519
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥地 拓生 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40303599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 健二 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30420491)
富岡 尚敬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30335418)
伊藤 正一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (60397023)
小野寺 陽平 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (20531031)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 中性子結晶学 / 局所質量分析 / 透過電子顕微鏡 / 含水鉱物 / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球の水素は海洋水に加えて、地球内部の鉱物の結晶構造を置換する水素イオンとして存在する。実際には海洋水を超える量の水素イオンが地球内部に不均質に分布すると考えられており、それがホスト鉱物の流動特性、潤滑特性、融解温度への強い影響を通して、地震火山現象やマントルの大規模な流動現象を局所的に誘発している。存在総量や分布などにおいてはまだまだ不明な部分が多い、この地球内部水素の振る舞いを、中性子結晶学と局所質量分析の手法によって原子のスケールで理解することが本研究課題の目的である。
本研究課題では、これまでにアルミニウムと鉄を含むブリッジマナイトの中性子結晶学解析を進展させ、その結晶構造中の水素の配置と濃度を特定した。試料合成環境の整備状況を踏まえた上での次なる具体的な課題として、上部地殻内での水素ホストとして重要と考えられる、非晶質の含水シリカガラスの構造の解析を選んだ。ブリッジマナイトと含水シリカガラスは、水素イオンのホストとして高密度側と低密度側の両極端にあるので、両者の比較対照には重要な意義があると考えられる。
シリカガラスには特定の水素サイトがないので、その含水量は不定である。そこで目的の達成のためには、複数の含水量の試料をつくりわける必要がある。中性子結晶学の効果的な応用のためには、最終的には重水素化された均質な試料を解析に対応できる量だけ合成する必要がある。複数の含水量の試料をつくりわけつつ、大量に重水化合成する際の軽水素のコンタミネーションをなくすためには、温度をできるだけ抑えた上で、水素イオンのガラス内部への拡散による反応を利用する必要があると判断した。このような合成実験を実現するために、小型ピストンシリンダーを用いた高温高圧合成の環境を新たに京都大学に構築した。
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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
中性子単結晶回折のデータを先に得ているブリッジマナイトの結晶構造解析において、必要なレベルの進展が既に得られた。必要な量と質の含水シリカガラスをつくるための高温高圧合成の環境は京都大学においてこれまでに構築することができた。含水シリカガラスの合成は次年度に行うことが可能である。以上の状況により、全体としての進捗状況はおおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
含水シリカガラスの合成を行った後に行う解析の手段として、中性子結晶学と相補的な役割を持つ高輝度X線による解析を併用することで、より効果的に構造解析を行うことができると考えられる。
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[Presentation] Hydrogen incorporation mechanism in the lower-mantle bridgmanite2022
Author(s)
Narangoo Purevjav, Naotaka Tomioka, Shigeru Yamashita, Keiji Shinoda, Sachio Kobayashi, Kenji Shimizu, Motoo Ito, Suyu Fu, Jesse Gu, Christina Hoffmann, Jung-Fu Lin, Takuo Okuchi
Organizer
日本鉱物科学会2022年度年会
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