| 研究課題/領域番号 |
22K14123
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 九州大学 (2024)
愛媛大学 (2022-2023) |
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研究代表者 |
福山 鴻 九州大学, 理学研究院, 特定プロジェクト教員(助教) (70931319)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 超高圧高温実験 / 酸化還元制御 / 窒素 / 酸窒化物 / 下部マントル主要鉱物 / パイロライト / 次世代波数分解能ラマン分光分析 / 下部マントル / 超高圧実験 / 二次イオン質量分析 / ”missing” nitrogen / bridgmanite / ferropericlase / 二次イオン質量分析法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球における窒素の循環や存在量に関する研究は、その地球化学的重要性から表層において様々な分野における研究が少なくとも40年以上前から国内外で数多く進められてきた (e.g., Wada et al., 1980; Johnson and Goldblatt, 2015; Kuypers et al., 2018)。しかしながら、これらの研究に対し地球内部における窒素の振る舞いは十分に理解されていない。本研究によって下部マントル (深さ：～2900 km、圧力：～135 GPa)の深さに応じた窒素貯蔵力が明らかとなり、地球表層に限定的であった窒素の理解が地球全体規模へと広がることが期待される。
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| 研究実績の概要 |
本年度前半は、2024年度愛媛大学先進超高圧科学研究拠点 (PRIUS) 共同利用・共同研究により、4月から6月にかけて毎月超高圧高温実験を行った。7月にフランスのCRPGに設置された高分解能SIMSの共同利用を要請しており、この国際共同研究に必要な分の試料の超高圧合成を、昨年度に合成した分も併せて間に合わせた。SIMS分析のためには急冷回収試料表面を鏡面にする必要があり、比較社会文化研究院の回転研磨機を共同利用した。
CRPGと国際共同研究をするにあたり、SIMS共同利用料と海外渡航費が本研究費を超過したことから、前述の超高圧高温実験と並行して、財団が運営する研究資金に複数回応募した。結果として、吉田科学技術財団の海外渡航支援に採択されたことに加え、共同研究者からSIMS分析料の1/3を負担していただけたことから、CRPGでの共同研究を無事完遂することができた。
一連の超高圧実験と高分解能SIMS分析から、bridgmaniteの窒素溶解度は鉄の固溶量に応じて上昇することが明らかとなった。さらに、先行研究 (Yoshioka et al., 2018, EPSL)と比べて最大で1桁近くbridgmaniteの窒素溶解度は低いことも明らかになっただけでなく、本研究によって初めてパイロライト（下部マントルの組成を代表するモデルの1つ）組成のbridgmaniteの窒素溶解度を決定できた。本成果は本年度後半に論文原稿の第一稿を仕上げ、共著者らからも助言を頂きながら修正を進めており、間もなく投稿できる状態である。日本地球惑星科学連合2025年大会では口頭発表も予定している。
昨年度に第一稿を仕上げていた論文原稿だが、共著者らとの議論の結果、自然科学で最も権威ある学術雑誌の1つに投稿先に決め、引き続き共著者らと綿密な議論を重ね、2025年4月に投稿した。
他に、共著論文が国際誌に掲載されたことに加え、異動先で新たに取り組んでいる次世代波数分解能ラマン分光分析による成果も複数上がりつつあり、一部は論文執筆中である。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
研究代表者の異動により、複数の研究施設と共同研究・共同利用をしながら研究を進めていく必要性が出てきたことから、昨年度までの所属時と同様に研究を進めることが困難になることは本年度が始まる時点で自明であった。加えて、共同研究と共同利用を並行して本研究費以外にも海外渡航のための費用を調達する必要もあった。これらの事項は当初の予定になかったが、このような研究が遅れる要因を予め洗い出し、できる限り対処しつつ研究を遂行することに全力を注いだ。特に研究代表者は、過去に超高圧高温実験装置、SIMS（二次イオン質量分析計）、実験用パーツ加工機等、複数の研究機関と共同利用・共同研究を行い、研究成果を上げてきた経験があったことから、その経験を存分に活かし、想定される研究の遅れを最小限に抑えることができたと考えている。
実際、当初の計画では論文投稿は1～2件を予定していたが、超高圧実験や多様な分析と並行して4報の主著論文原稿の執筆を進め、この内2件に関しては既に投稿中である。このことから、成果報告に関しては当初の計画以上の進展が今後見込まれる。残念ながら、当初予定していたより高圧での実験に着手できなかったが、高圧下でのアンモニアの安定性を考慮すると、より高圧では鉱物の窒素溶解度が上昇するだろうという確度の高い予測ができている。
以上のことを勘案し、少なくとも「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
招待された査読後改訂中の主著和文誌、投稿中の主著国際誌、第一稿を作成し共著者らから助言をいただいている主著論文原稿（国際地球化学専門誌に投稿予定）、異動先での次世代数分解能ラマン分光分析による成果の執筆中主著論文（国際化学専門誌に投稿予定）、窒素同位体分析に関する成果（共著で国際誌に投稿予定）、ラマン分光法によるカルサイトの温度計に関する成果（共著で国際誌に投稿予定）等、論文執筆作業に専念し成果報告により一層努める。
また上記の成果報告だけにとどまらず、マントル遷移層鉱物の窒素溶解度決定や、より高圧での下部マントル鉱物の窒素溶解度決定にも今後挑んでいきたい。
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