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
| Project/Area Number |
19K21893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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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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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | ルビジウム / 分子地球化学 / 同位体分析 / XAFS / 同位体比 / 粘土鉱物 / 雲母 / 堆積物 / 海洋堆積物 / 層状珪酸塩 / EXAFS |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、原子分子の相互作用から着想した「粘土鉱物・雲母への吸着反応時にRb同位体比が分別する」というアイディアに基づく重元素同位体ツールが、地球惑星科学において新規性の高い知見を与えることを様々な研究例から立証する。具体的には、「海洋-堆積物間のRb同位体分別とそれによる海水量変化史の解明」、「惑星進化の解明に不可欠な水-岩石比の推定」、「堆積物のマントルへのリサイクルに関する研究」などを推進し、過去に例がない日本発の重元素同位体ツールとして、Rb同位体比の有用性をアピールする。Rb同位体比は反応性の低いRbにおいて、層状珪酸塩への吸着は非常に特異的反応であり、明確な情報を与える。
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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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Report
(3 results)
Research Products
(215 results)
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[Journal Article] Impact of local high doses of radiation by neutron activated Mn dioxide powder in rat lungs: Protracted pathologic damage initiated by internal exposure.2020
Author(s)
Shichijo K, Takatsuji T, Abishev Z, Uzbekov D, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Niino D, Kurisu M, Takahashi Y, Stepanenko V, Azhimkhanov A, Hoshi M.
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Journal Title
Biomedicines
Volume: 8
Issue: 6
Pages: 171-171
DOI
NAID
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Sorption behavior of selenide on montmorillonite2020
Author(s)
Sugiura Y., Tomura T., Ishidera T., Doi R., Francisco P.C.M., Shiwaku H., Kobayashi T., Matsumura D., Takahashi Y., Tachi Y.
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Journal Title
Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry
Volume: 324
Issue: 2
Pages: 615-622
DOI
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[Journal Article] A novel organic-rich meteoritic clast from the outer solar system2019
Author(s)
Yoko Kebukawa, Motoo Ito, Michael E. Zolensky, Richard C. Greenwood, Zia Rahman, Hiroki Suga, Aiko Nakato, Queenie H. S. Chan, Marc Fries, Yasuo Takeichi, Yoshio Takahashi, Kazuhiko Mase, Kensei Kobayashi
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Issue: 1
Pages: 3169-3169
DOI
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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
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[Book] Behaivor of Radionuclides in the Environment I2020
Author(s)
Kato, Kenji, Nazina, Tamara N., Ohnuki, Toshihiko, Masuda, Suguru, Takahashi, Yoshio, Romanchuk, Anna Yu., Utsunomiya, Satoshi, Tosaka, Hiroyuki , Utsunomiya, Satoshi (et al.)
Total Pages
225
Publisher
Springer
ISBN
9789811506789
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[Book] Environmental Contamination from the Fukushima Nuclear Disaster2019
Author(s)
Teruyuki Nakajima, Toshimasa Ohara, Mitsuo Uematsu, Yuichi Onda, Mitsuru Ebihara, Atsushi Shinohara, Yasunori Hamajima, Yasuhito Igarashi, Tatsuo Aono, Michio Aoyama, Masayuki Takigawa, Kimiaki Saito, Masamichi Chino, Haruyasu Nagai, Daisuke Tsumune, Yukio Masumoto, ,Yoshio Takahashi, et al.
Total Pages
372
Publisher
Cambridge University Press
ISBN
9781108475808
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