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圧縮イオン源を用いた超高感度希ガス質量分析計の開発による新たな地球惑星科学の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K20529
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

角野 浩史  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90332593)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
キーワード質量分析 / イオン源 / 希ガス / 同位体 / 超高感度分析 / 局所分析 / レーザー抽出 / マントル / ダイヤモンド
研究開始時の研究の概要

本研究では高速回転するローターにより希ガスをイオン源に集めてイオン化し、そのイオンのほぼ全てを質量分解能を損なうことなく検出器まで導く、ガス圧縮機構と四重極静電レンズを備えた画期的な電子イオン源を搭載した、数百個程度の希ガス同位体を検出可能な、超高感度希ガス質量分析計を開発する。これをレーザー抽出法と組み合わせ、マントル起源かんらん岩中の流体包有物一つ一つの分析に応用し、マントルにおける微小な希ガス同位体比の不均質と、その起源を明らかにする。これらの開発により局所分析の分野に、希ガス同位体という新たなトレーサーを導入し、地球惑星科学の広い範囲に新たなブレークスルーをもたらすことを目指す。

研究成果の概要

本研究では希ガス質量分析計に、高速回転するローターにより希ガスをイオン源に集めるガス圧縮機構の導入と、四重極静電レンズを備えたイオン源と検出器の高安定化・高精度化を施し、従来よりも微量の希ガス同位体の検出を可能にするとともに、これを微小な試料からの希ガス抽出が可能な小型加熱炉や顕微赤外レーザーアブレーションシステムと組み合わせることで、様々な由来深度のダイヤモンドや、流体包有物やメルト包有物を含むかんらん岩やクロムスピネル試料に、プルームの上昇やプレートの沈み込みなどによる、マントル内化学的不均質の形成過程の痕跡が残されていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

希ガス同位体は地球内部の物質移動に重要な制約を与える重要な地球化学的トレーサーであるが、マントル試料中の濃度が極めて低いため、試料の微細構造等と対応させた局所分析が困難であった。本研究の学術的意義は、希ガス質量分析計を高感度化することで局所分析と微小試料の分析を可能にし、従来よりも精緻にマントルの化学的不均質の進化過程を明らかにしたことにある。本研究で開発した技術は、火山岩中の斑晶に残されている、火山噴火につながるマグマの混合や脱ガス等の過程の解明や、惑星探査機で持ち帰った微小な地球外天体試料の分析に応用できると期待されるため、火山防災や惑星探査の観点で社会に貢献できると期待される。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] サラマンカ大学(スペイン)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] サラマンカ大学(スペイン)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ブラジリア大学(ブラジル)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Two metasomatic events recorded by noble gas characteristics in the Finero mantle wedge: Extreme fractionation (He, Ar) and seawater penetration into the mantle deformation zone.2023

    • 著者名/発表者名
      Fukushima N., Sumino H., Kobayashi M. and Kagi H.
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 644 ページ: 121829-121829

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2023.121829

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-cratonic diamonds from UHP metamorphic terranes, ophiolites and volcanic sources2022

    • 著者名/発表者名
      Dobrzhinetskaya L.F., O'Bannon III E.F. and Sumino H.
    • 雑誌名

      Reviews in Mineralogy and Geochemistry

      巻: 88 号: 1 ページ: 191-255

    • DOI

      10.2138/rmg.2022.88.04

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Large amount of excess argon in hydrothermal quartz from the Vangtat orogenic gold belt, southern Laos: New in-sight from K-Ar and noble gas isotope analyses2022

    • 著者名/発表者名
      Bounliyong P., Sumino H. and Arribas A.
    • 雑誌名

      Minerals

      巻: 12 号: 10 ページ: 1295-1295

    • DOI

      10.3390/min12101205

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Noble gas isotopes reveal degassing-derived eruptions at Deception Island (Antarctica): implications for the current high levels of volcanic activity2022

    • 著者名/発表者名
      Alvarez-Valero A.M., Sumino H., Caracausi A., Polo-Sanchez A., Burgess R., Geyer A., Rodrdriguez J.A.L., Albert H., Aulinas M. and Nun
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 19557-19557

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23991-3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Noble gas variation during partial crustal melting and magma ascent processes2022

    • 著者名/発表者名
      Alvarez-Valero A.M., Sumino H., Burgess R., Nunez-Guerrero E., Okumura S., Borrajo J. and Lozano J.A.
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 588 ページ: 120635-120635

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2021.120635

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Partial melting and subduction-related metasomatism recorded by geochemical and isotope (He-Ne-Ar-Sr-Nd) compositions of spinel lherzolite xenoliths from Coyhaique, Chilean Patagonia2021

    • 著者名/発表者名
      Novais-Rodrigues E., Jalowitzki T., Gervasoni F., Sumino H., Bussweiler Y., Klemme S., Berndt J., Conceiciao R.V., Schilling M.E., Bertotto G. and Teles L.
    • 雑誌名

      Gondwana Research

      巻: 98 ページ: 257-276

    • DOI

      10.1016/j.gr.2021.06.003

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Volatile recycling in the mantle traced by halogens and noble gases in mantle peridotites and serpentinites2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H.
    • 学会等名
      Water-Rock Interaction WRI-17/ Applied Isotope Geochemistry AIG-14
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Noble gas isotope and halogen analyses of Cr-spinels within beach sand from Gorgona Island to constrain the origin of volatiles in the youngest komatiite magmatism on the Earth2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Shimizu K. and Komiya T.
    • 学会等名
      33rd Annual V.M. Goldschmidt Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Noble gas and halogen characteristics of subcontinental lithospheric mantle beneath southwestern North America and northwestern Africa2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Fukagawa M., Fukushima N., Ren J. and Dygert N.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 中性子照射と希ガス質量分析を用いた地質標準試料中の微量ハロゲンの定量2023

    • 著者名/発表者名
      角野浩史, 小林真大, 長尾敬介
    • 学会等名
      第71回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] コロンビア・ゴルゴナ島のビーチサンドから採取したクロムスピネルの希ガス同位体比とハロゲン組成2022

    • 著者名/発表者名
      角野浩史, 清水健二, 小宮剛
    • 学会等名
      2022年度日本地球化学会第69回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Noble gas isotope and halogen compositions of Cr-spinels within beach sand from Gorgona Island, Colombia2022

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Shimizu K. and Komiya T.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 局所測定によるマントル捕獲岩中包有物の希ガス同位体比-背弧域大陸下マントルの希ガス同位体不均質の起源の直接的制約2022

    • 著者名/発表者名
      横倉伶奈, 角野浩史, 栗谷豪, 萩原雄貴, 山本順司
    • 学会等名
      2022年度日本地球化学会第69回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Noble gas isotope ratios of CO2 fluid inclusions in mantle-derived xenoliths by spot measurement -direct constraints on the origin of noble gas heterogeneity in subcontinental lithospheric mantle beneath back-arc region2022

    • 著者名/発表者名
      Lena Yokokura, Hirochika Sumino, Takeshi Kuritani, Yuuki Hagiwara, Junji Yamamoto
    • 学会等名
      Goldschmidt 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Secular variation of helium isotope ratios in Izu Oshima2021

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Ikehata K., Shimizu A., Toyama K., Obase T. and Notsu K.
    • 学会等名
      31st Annual V.M. Goldschmidt Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Secular variation of helium isotope ratios in Izu Oshima: What will be observed in the next eruption?2021

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Ikehata K., Shimizu A., Toyama K., Obase T. and Notsu K.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 静電四重極レンズによるイオンビーム収束を利用した希ガス質量分析計用電子イオン源の高感度化2021

    • 著者名/発表者名
      角野浩史, 長尾敬介
    • 学会等名
      第69回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] かんらん岩と蛇紋岩のハロゲン組成からみたマントルの揮発性成分循環2021

    • 著者名/発表者名
      角野浩史
    • 学会等名
      2021年度日本地球化学会第68回年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マントル捕獲岩中のCO2流体包有物の希ガス同位体比-背弧域大陸下マントルの 希ガス同位体不均質の起源への直接的制約-2021

    • 著者名/発表者名
      横倉伶, 角野浩史, 栗谷豪, 萩原雄貴, 山本順司
    • 学会等名
      2021年度日本地球化学会第68回年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2020-08-03   更新日: 2025-01-30  

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