| 研究課題/領域番号 |
21K18649
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
福士 圭介 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 教授 (90444207)
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| 研究分担者 |
高橋 嘉夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396)
濱田 麻希 金沢大学, 地球社会基盤学系, 助教 (90635997)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 炭酸カルシウム1/2水和物 / 溶解度積 / アルカリ塩湖 / 溶解度 / 準安定相 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
カルシウム炭酸塩は地球上に普遍的に存在し、炭素循環に関与するとともに、過去の地球環境の変遷を記憶する重要な媒体である。これまでカルシウム炭酸塩として6つの鉱物種が認識されてきたが、これらに加え2019年に7つ目のカルシウム炭酸塩の結晶相が室内合成実験から見出された。第7のカルシウム炭酸塩は実験室では簡単に合成することができるが、自然界における生成は報告されていない。第7のカルシウム炭酸塩が自然界で見過ごされていることは、この物質が関わっている地球科学的プロセスを我々が見落としているからに他ならない。本研究はCCHHを自然界で発見し、その地球惑星科学的意義を解明することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
カルシウム炭酸塩は地球上に普遍的に存在し、炭素循環に関与する重要な物質である。これまでカルシウム炭酸塩として6つの鉱物種が認識されてきたが、これらに加え2019年におよそ100年ぶりに7つ目の炭酸カルシウムの結晶相（CaCO3・0.5H2O: 以下CCHH）が室内合成実験から見出された。CCHHは地球上に豊富に存在する元素から構成されており実験室では簡単に合成することができるが、自然界における生成は報告されていない。本研究は、第７の炭酸カルシウムを自然界に見出すことを目的とした。
地球表層環境でのCCHHの生成環境を予測するために、世界で初めてCCHHの精密な溶解度積の測定を行った。溶解度から見積もられる標準生成自由エネルギーより、25度における熱力学的安定性は、イカイト(CaCO3・6H2O)とモノハイドロカルサイト(CaCO3・H2O)の間であることを明らかにした。室内実験よりCCHHはpH9以上でありカルシウムとマグネシウムに富む系に系において生成することが予想された。自然界においてこの条件が当てはまる環境は、大陸内部の乾燥域に存在するアルカリ塩湖である。そこでこれまで報告されるアルカリ塩湖の水質をレビューした。その結果、ほとんどのアルカリ塩湖の水質はモノハイドロカルサイトに過飽和かつCCHHに未飽和という制限された条件にあることを明らかにした。この結果はアルカリ塩湖では蒸発に伴い、溶液からCCHHが普遍的に生成し、時間とともにモノハイドロカルサイトへと変質する描像を提示するものである。
CCHHを自然界のアルカリ塩湖に見出すため、モンゴル南部のアルカリ塩湖において懸濁物を採取し、生成固体の鉱物学的分析を行った。粉末X線回折測定から、CCHHの最強ピークに相当するピークを見出すことができた。ただし、CCHHの存在を示す確実な証拠を得ることは現時点ではできなかった。
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