破砕セルとGC-MSの併用によるマントル起源流体の炭素同位体組成の決定

• 研究課題/領域番号: 14654096
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 地球化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鍵 裕之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (70233666)
• 研究分担者: 森 俊哉 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (40272463) ; 野津 憲治 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80101103) ; 山本 順司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 日本学術振興会特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2003年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2002年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: 流体包有物 / 炭素同位体比 / マントル / 質量分析 / マントル捕獲岩

研究概要

これまでのところマントルの炭素同位体組成は一定と考えられているが、それを確かめなくてはいけない。炭素は地球表層からおそらくコアまで普遍的に分布する元素であるが、全地球の同位体分布を改めて見直したい、というのが本研究のねらいである。そのためには微少量のマントル流体を対象に、技術的な試行錯誤を繰り返しながら研究を進めることが本研究の目的である。昨年度は測定に用いる予定のマントル捕獲岩の採集を中国大陸において行った。
試料採集後、直ちに行った顕微鏡による薄片観察、ならびに顕微ラマンスペクトルの測定によって、採集したスピネルレルゾライトには炭酸ガスを主成分とする流体包有物が含まれることが明らかになった
昨年度末から今年度にかけて、マントル捕獲岩の希ガス同位体測定にすでに実績のあるクラッシャー(破砕機)を製作した。本装置を研究室に既存のGC-C-MSに取り付け、破砕によって生じるガスの組成を求めたうえで、炭素同位体比を測定した。本装置はハンマーで衝撃を与え、試料を破砕する装置である。マントル捕獲岩を試料として、実験を行ったところ、1グラムほどの試料から二酸化炭素の同位体組成を測定することができた。また、同時にメタンも試料中から検出され、二酸化炭素とは異なる同位体組成を持つことが明らかになった。本研究の過程で、新しいアイディアに基づく二酸化炭素同位体比非破壊分析の着想を持つことができた。

研究成果

• [文献書誌] Kagi H., Nagai T., Loveday J.S., Wada C., Parise J.B.: "Pressure-induced phase transformations of kalicinite (KHCO_3) at 2.8 GPa and local structural changes around hydrogen atoms."American Mineralogist. 88. 1446-1451 (2003)
• [文献書誌] Nagai T., Kagi H., Yamanaka T.: "Compression mechanism and variation of interatomic distances in goethite at high pressure."American Mineralogist. 88. 1423-1427 (2003)
• [文献書誌] Kawakami Y., Yamamoto J., Kagi H.: "Micro-Raman densimeter for CO_2 inclusions in mantle-derived minerals."Applied Spectroscopy. 57. 1333-1339 (2003)
• [文献書誌] Zedgenizov D.A., Kagi H., Shatsky V.S., Sobolev N.V.: "Carbonatitic melts in cuboid diamonds from Udachnaya kimberlite pipe (Yakutia): evidence from vibrational spectroscopy"Mineralogical Magazine. 印刷中. (2004)
• [文献書誌] Tsuno, H., Kagi, H., Takahashi Y., Akagi T., Nomura M.: "Incorporation of divalent ytterbium, in synthesized crystals of calcite."Chemistry Letters. 32. 500-501 (2003)
• [文献書誌] Yamamoto J., Kaneoka I., Nakai S., Kagi H., Prikhod'ko V.S., Arai S.: "Extremely low ^3He/^4He and relatively low ^<40>Ar/^<36>Ar ratios observed in ultramafic mantle xenoliths from far eastern Siberia : Evidence for incorporation of recycled components into the subcontinental mantle."Chemical Geology. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] 鍵 裕之: "固体地球物質の化学と同位体組成、マントル・地殻の地球化学(分担執筆)"培風館. 23-51 (2003)
• [文献書誌] Nara M., Okazaki M., Kagi H.: "Infrared study of human serum very-low-density and low-density lipoproteins. Implication of esterified lipid C=O stretching bands for characterizing lipoproteins"Chem.Phys.Lipids. 117. 1-6 (2002)
• [文献書誌] Yamamoto J., Kagi H., Kaneoka I., Lai Y., Prikhod'ko V.S., Arai S.: "Fossil pressures of fluid inclusions in mantle xenoliths exhibiting rheology of mantle minerals : Implications for the geobarometry of mantle minerals using micro Raman spectroscopy"Earth Planet.Science Lett. 198. 511-519 (2002)
• [文献書誌] Kamiya N., Kagi H., Notsu K., Tsuno H., Akagi T.: "Inhibiting effects of trace amounts of lanthanum ion on the dissolution of calcite : a comparable study on calcium Carbonate polymorphs"Chemistry Letters. 2002. 890-891 (2002)
• [文献書誌] Nagai T., Kagi H., Yamanaka T.: "The first observation of a pressure-induced phase transition and compressional behavior of kalicinite (KHCO_3) at room temperature"Solid State Communications. 123. 371-374 (2002)
• [文献書誌] Kawamoto T., Kagi H., Yamashita S., Handa T., Matsukage K., Ikemoto Y., Moriwaki T., Kimura H.: "Mid infrared throughput with a 5 μm aperture for H_2O determination of an andesitic glass : Comparison of synchrotron radiation source at SPring-8 with conventional light sources"Geochemical Journal. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] Chung J.I., Kagi H.: "High-concentration water of stishovite in MORB system ; implications for a possible water-carrier into the deep mantle"Geophysical Research Letters. 29. 16-1-16-4 (2002)