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アンモニアの表面吸着反応からアプローチする彗星の異常な窒素同位体比の謎

研究課題

研究課題/領域番号 16K13916
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 地球宇宙化学
研究機関国立研究開発法人海洋研究開発機構

研究代表者

菅原 春菜  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 生物地球化学研究分野, ポストドクトラル研究員 (50735909)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2016年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード吸着 / アンモニア / 窒素 / 同位体分別 / 彗星 / 宇宙化学 / 窒素同位体分別
研究実績の概要

本研究では、彗星やコンドライトなどの始原的太陽系物質のもつ非常に高い窒素安定同位体比(δ15N, ‰:地球大気の15N/14N比に対する千分率)について、その形成プロセス解明のための新たなアプローチとして、アンモニアの表面吸着反応に着目した。アンモニアは始原的な窒素分子であり、星間分子雲から太陽系に至るまで豊富に存在する。本研究では、アンモニアの表面吸着反応に伴う窒素同位体分別について明らかにすべくアンモニアガスと吸着剤を用いた吸着実験を行った。
当該年度ではまず、吸着実験に向け、吸着したアンモニアの元素分析-同位体比質量分析計 (EA-IRMS)を用いた極微量窒素同位体比測定法の最適化を行った。その結果、アンモニアがわずかに吸着した試料(<0.05 wt.%)や水を含む試料についても、そのδ15N値の測定が可能になった。
さらに、確立した分析手法を用いて室温環境でアンモニアガスの吸着実験を行った。実験にはケイ酸塩鉱物であり、代表的な吸着剤でもあるモンモリロナイト、サポナイト等を用いた。その結果、アンモニアの吸着に伴い大きな窒素同位体分別が生じること、また吸着率と窒素同位体分別との間に負の相関が見られることが明らかになった。さらに、X線回折(XRD)分析の結果から、アンモニアの吸着により鉱物の層間距離が広がることから、層間空間が主要な吸着場となっていることもわかった。本成果については国内外の学会で発表すると共に、国際誌に受理された。
星間環境での検証に関しては温度や濃度などまだ検証すべき課題があるが、本研究により、吸着という素過程が窒素同位体分別を引き起こすこと、またアンモニアの吸着が鉱物表面への15Nの濃集の要因となりうることが明らかになった。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Nitrogen isotopic fractionation in ammonia during adsorption on silicate surface.2017

    • 著者名/発表者名
      Sugahara, H., Takano, Y., Ogawa, N.O., Chikaraishi, Y. and Ohkouchi, N.
    • 雑誌名

      ACS Earth and Space Chemistry

      巻: 1 号: 1 ページ: 24-29

    • DOI

      10.1021/acsearthspacechem.6b00006

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 彗星の有機分子とその物質進化への役割2016

    • 著者名/発表者名
      菅原春菜
    • 雑誌名

      地球化学

      巻: 50 号: 2 ページ: 77-96

    • DOI

      10.14934/chikyukagaku.50.77

    • NAID

      130005158188

    • ISSN
      0386-4073, 2188-5923
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Large nitrogen isotopic fractionation of ammonia caused by adsorption-desorption process on mineral surfaces2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sugahara, Y. Takano, N. O. Ogawa, Y. Chikaraishi, N. Ohkouchi
    • 学会等名
      Biomarkers and Molecular Isotopes: International Workshop of Organic Geochemistry in Osaka
    • 発表場所
      箕面観光ホテル(大阪府・箕面市)
    • 年月日
      2016-07-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption of ammonia onto grain surface as a potential mechanism for nitrogen isotopic discrimination2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sugahara, Y. Takano, N. O. Ogawa, Y. Chikaraishi, N. Ohkouchi
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation and decomposition of amino acids in photochemically processed interstellar ice analogues2016

    • 著者名/発表者名
      H. Sugahara, Y. Takano, S. Tachibana, A. Kouchi
    • 学会等名
      Workshop on Experimental Cosmochemistry 2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-06-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アンモニアのモンモリロナイト及びサポナイトへの吸着・脱着に伴う窒素同位体分別2016

    • 著者名/発表者名
      菅原春菜,高野淑識,小川奈々子,力石嘉人,大河内直彦
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県・千葉市)
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2018-01-16  

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