2010 Fiscal Year Annual Research Report
分子地球化学:原子レベルの状態分析に基づく地球と生命の進化史の精密解析
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22224011
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
高橋 嘉夫 広島大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10304396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
勝本 之晶 広島大学, 大学院・理学研究科, 助教 (90351741)
坂口 綾 広島大学, 大学院・理学研究科, 助教 (00526254)
植木 龍也 広島大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (10274705)
谷水 雅治 独立行政法人海洋研究開発機構・高知コア研究所, サブリーダー (20373459)
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| Keywords | 分子地球化学 / XAFS / 内圏錯体 / 外圏錯体 / 内圏錯体 / 水酸化鉄 / マンガン酸化物 / モリブデン |
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| Research Abstract |
本研究では、元素の化学種を調べ、その結果が地球化学的にどのような意味を持つかを念頭において研究を進めており(分子地球化学)、本年は主にモリブデンについて研究を行った。詳細なXAFS解析により、モリブデンは海水中に4配位6面体のモリブデン酸で溶存する。一方海水から吸着で除去される際、水酸化鉄に吸着した場合には4配位6面体のモリブデン酸イオンのまま外圏錯体で吸着されるが、マンガン酸化物に吸着される際には内圏錯体として吸着され、6配位8面体になることが分かった。同位体平衡反応においては、一般に配位数が小さく結合距離が短い化学種に重い同位体が濃縮する。ここで得られた海水中のイオンの構造と表面錯体の構造を比較すれば、水酸化鉄に吸着される場合にはMo同位体比の変動は小さいが、マンガン酸化物に吸着される際には軽い同位体が選択的に吸着される、という結果を明確に説明できる。また実際のマンガン団塊試料中でモリブデンのホスト相はマンガン酸化物であることが分かり、酸化的な海洋では重いMo同位体が海水中に残るというこれまでの知見が裏付けられた。こうした鉱物による違いが分子レベルの吸着構造から裏付けられたことから、地球の大気進化に伴う酸化還元状態の変化にMoが特異的に応答することが示唆された。熱力学的には、水酸化鉄は地球がやや酸化的になった場合に生成する鉱物であるが、マンガン酸化物は非常に酸化的になった場合にしか生成しないと予想される。モリブデン同位体比はこの後者にのみ応答すると予想されるので、マンガン酸化物が生成するような非常に酸化的な地球が存在した場合にのみモリブデン同位体比が変動すると考えられる。このように、分子レベルで化学反応を理解することで、地球化学的ツールを物理化学的な合理性を持って的確に利用できることが理解されよう。
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