| Project/Area Number |
21K14034
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17050:Biogeosciences-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
須田 好 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究員 (00792756)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | カンラン岩 / 蛇紋岩 / 炭素循環 / メタン / 炭化水素 / 炭素 / 非生物起源 |
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| Outline of Research at the Start |
蛇紋岩に関連した非生物的な炭化水素の生成機構を明らかにすることは、自然界の有機合成の仕組みを理解することであり、生命の起源を探求する上で重要である。岩石内で生じる炭素関連現象の記録は岩石中に保存されることが想定されるが、様々な起源・履歴をもつ炭素が混在するため従来の分析法では適切に情報を抽出できなかった。本研究では岩石内の炭素の分布に着目し、初生的な炭素と二次的な炭素を区別した上で、それぞれについて化学形態別の炭素量および炭素同位体比を明らかにする。さらに岩石学的な特徴の異なる複数試料の比較により、炭化水素生成が起きる場所や鍵となる鉱物を顕在化させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はカンラン岩中の炭素の分布に着目し、初生的な炭素と二次的な炭素を区別した上で、それぞれについて化学形態別の炭素量および炭素同位体比を明らかにすることを目標とする。初生的な炭素と二次的な炭素では岩石内の分布は異なるはずであり、前者は鉱物結晶内、後者は粒界に分布することが予想される。本研究では鉱物内および粒界に分布する炭素化合物の違いを評価するために、同一試料において全岩分析と主要鉱物ごとの分析を実施し比較する。
2023年度は、4種類のサンカルロス産カンラン岩試料について、全岩および主要鉱物中に含有する炭酸塩の量と炭素安定同位体比（δ13C）の分析を実施した。
【分析手法】まず秤量した粉末試料をガラスバイアル瓶に入れ、ブチルゴム栓とアルミシールキャップで密封した後、シリンジ針を介して容器内を真空引きした。次にリン酸を添加して炭酸塩をCO2ガスに変換し、ヘッドスペースガスをGC-C-IRMS装置を用いて分析した。
【結果と考察】分析を進めていく中で、最近購入したブチルゴム栓のロットが以前のロットに比べて、気密性の点において著しく性能が低下していることを発見した。したがって、現ロットのブチルゴム栓を使用したサンプルのデータは脱ガスの影響や大気CO2の混入を被っている可能性が高く、再測定が必要と判断した。現時点で炭酸塩のデータはあくまで参考値であるが、単位グラムあたりの炭酸塩量は、単斜輝石＞カンラン石＞斜方輝石の順に多い傾向があった。また、単斜輝石中の炭酸塩のδ13C値は、岩石試料間で大きく異なることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上述した通り、カンラン岩試料中の炭酸塩の分析を進める過程で、サンプル容器に使用していたブチルゴム栓に性能低下の疑いが生じた。そこで、疑いのある現ロットのブチルゴム栓（現ブチル栓A）と、従来問題なく使用できていた旧ロットのブチルゴム栓（旧ブチル栓A’）、その他2種類のブチルゴム栓（灰色ブチル栓Bと黒ブチル栓C）を用いて、性能評価テストを実施した。4種類のブチルゴム栓のCO2ガス保存能力を評価するために、それぞれのブチルゴム栓を用いてバイアル瓶内に保管したCO2ガスの濃度と炭素同位体比の経時変化をGC-C-IRMSにて測定した。その結果、旧ブチル栓A’と黒ブチル栓Cは1か月経過した後も80%以上のCO2保持率を示した。ここで、“CO2保持率”は「実験開始日のCO2濃度」に対する「t日後のCO2濃度」の百分率と定義する。一方で、現ブチル栓Aは最もCO2保持率が低く、1か月間で約50%のCO2ガスが失われた。同位体分別の大きさ（実験開始日のδ13C値とt日後のδ13C値の差分）に着目すると、旧ブチル栓A’と黒ブチル栓Cについては1か月後も1‰未満の変化であり、分析誤差範囲内であった。現ブチル栓Aは最も同位体分別が大きく、1週間でδ13C値が2‰近く変化した。以上の結果から、ラボで使用していたブチルゴム栓について、旧ロット製品に比べて現ロット製品のガス保存能力が著しく低下していることが判明した。そのため、2023年度に実施した炭酸塩の分析は再測定を要する。また、黒ブチル栓Cが旧ブチル栓A’の代替品となることが分かった。
2023年度はそのほか、岩石試料から溶媒抽出した有機炭素成分の分析に向けたGC-MSの分析条件検討、流体包有物中のガス分析に向けたガス置換型粉砕容器の製作を進めた。本年度はブチルゴム栓問題やGCMS装置の不具合など、諸問題の原因究明と解決策の検討に時間を費やしたため、現在までの進捗状況を「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、カンラン岩試料中の炭酸塩分析の再測定を実施する。その際、上記の性能評価テストで高いガス保存能力を示した黒ブチル栓Cを使用する。すでにEA-IRMSにて測定済みの全炭素分析の結果と比較し、岩石試料中の炭素成分について定量的な議論を行う。また、GCMSによる有機炭素測定を実施し、どのような形態の有機炭素がカンラン岩に含有しているのかを明らかにする。そして鉱物量比の異なる複数のサンカルロス産カンラン岩試料について、炭素に関する地球化学的な共通性と多様性を明確にし、岩石学的な見地も取り入れて考察を行う計画である。
流体包有物中のメタンの定量分析に向けて、引き続きガス置換型粉砕容器の改良を進める。2023年度にジルコニア製容器を試作したが、容器とバルブの繋ぎ目部分からガスが漏れてしまい真空引きできないことが分かった。2024年度は解決策を検討する予定である。
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