窒素の気一液・固液分配に基づく地球大気形成過程の研究

• 研究課題/領域番号: 03804023
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 固体地球物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 比屋根 肇 東京大学, 理学部, 助手 (70192292)
• 研究期間 (年度): 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 1991年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: 窒素 / 溶解度 / シリケイトメルト / 希ガス / 質量分析 / 真空システム

研究概要

1.実験方法:窒素を含む雰囲気中でシリケイトメルトをつくり、溶解平衡を実現した後メルトを急冷固化させ、できたガラス中の窒素濃度を四重極質量分析計で測定した。具体的には、(1)試料作成のためのシリコニット炉の製作、(2)流量計を備えた雰囲気コントロ-ルシステムの作成、(3)溶解平衡促進のためのメルトの撹拌装置の作成、(4)窒素ガスの抽出・精製のための既存の真空システムの改造(白金ルツボ、シュルツ型電離真空計の採用、酸素雰囲気をつくるための酸化銅の炉の取りつけ等)をおこなった。結果として多くの試行錯誤をおこなったが、詳細は省略する。
2.実験結果:まず、予備実験として、融点の低い四ホウ酸リチウムを用いて希ガスと窒素の溶解度を比較したが、試料表面に吸着した窒素の寄与が無視できず、結論は得られなかった。次に、玄武岩メルトヘの窒素の溶解度測定を試みた。大気雰囲気(高酸素分圧)及び窒素と5つの希ガスの混合ガス雰囲気(低酸素分圧)の2種類の雰囲気で試料を作成した。窒素の抽出・分析においては、試料を真空中で加熱する方法と酸素雰囲気中で加熱する方法(有機物除去に有効)の2通りの方法を試みた。今のところ、得られた各分析値のばらつきが大きく、溶解度の絶対値は信頼できる値を出すに至っていない。しかしながら、抽出された窒素/アルゴン比を見る限り、窒素の方がアルゴンより溶解度が1桁程度高いと考えてよさそうである。窒素の溶解度が希ガスに比べて高いことは、窒素が地球内部に多く残されている可能性を示唆している。いずれにせよ、地球大気の起源と進化など地球科学の問題に適用するためには、より正確なデ-タを得ることが不可欠である。(その点で、本研究はもう一歩のところまできている。)今後は、さらに、窒素の固相ー液相分配などの研究が重要になってくるだろう。