ＣＯ２ーＨ２Ｏ成分を含むケイ酸塩メルトの構造解明

• 研究課題/領域番号: 23244105
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 薛 献宇 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (70362986)
• 研究分担者: 神崎 正美 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 教授 (90234153)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 32,370千円 (直接経費: 24,900千円、間接経費: 7,470千円); 2013年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2012年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2011年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
• キーワード: マグマ / ガラス / 構造 / 二酸化炭素 / 水 / 核磁気共鳴法 / 分光法 / メルト / 第一原理計算 / 揮発性成分 / ケイ酸塩

研究概要

本研究では水及び二酸化炭素を含むケイ酸塩メルトの構造を解明するために、様々なケイ酸塩組成の急冷ガラスをピストンシリンダー高圧装置及び内熱式ガス圧装置を用いて合成し、多彩なNMR測定並びにラマン測定を行なった。さらに、データの解釈を支援するために、量子力学計算も行なった。その結果、二酸化炭素は重合度の低いメルトでは主にケイ酸塩ネットワークと連結しないfree炭酸塩として存在し、重合度の高いメルトでは主にケイ酸塩ネットワークと連結する炭酸塩及びCO2分子として存在することが分かった。また、水のケイ酸塩メルトにおける溶解機構の組成依存性に関する新たな知見も得た。

研究成果

• [雑誌論文] NMR Spectroscopy of Inorganic Earth Materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Jonathan F. Stebbins and Xianyu Xue
  • 雑誌名: Reviews in Mineralogy and Geochemistry 巻: 78 号: 1 ページ: 605-653
  • DOI: 10.2138/rmg.2014.78.15
• [雑誌論文] Hydroxyl speciation in felsic magmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Wim Malfait and Xianyu Xue
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica 巻: (accepted)
• [雑誌論文] Crystal structures of Zn2SiO4 III and IV synthesized at 6.5–8 GPa and 1,273 K (2013)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanzaki, X. Xue
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 40 号: 6 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1007/s00269-013-0584-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman and NMR spectroscopic characterization of high-pressure K-cymrite (KAlSi₃O₈^.H₂O) and its anhydrous form (kokchetavite) (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, Masami
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 107 号: 2 ページ: 114-119
  • DOI: 10.2465/jmps.111020i
  • NAID: 10030122449
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman and NMR spectroscopic characterization of high-pressure K-cymrite (KAlSi3O8.H2O) and its anhydrous form (kokchetavite) (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, M., X. Xue, J. Amalberti and Q. Zhang
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 107 号: 19 ページ: 114-119
  • DOI: 10.1021/jp3008859
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural characterization of moganite-type AlPO4 by NMR and powder X-ray diffraction (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, Masami
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 51 号: 11 ページ: 6164-6172
  • DOI: 10.1021/ic300167k
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Neutron and X-Ray Diffraction and IR and 1H and 29Si NMR Spectroscopic Investigation of Armenite: Behavior of Extra Framework Ca Cations and H2O Molecules in Microporous Silicates (2012)
  • 著者名/発表者名: Charles A. Geiger
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Kristallographie 巻: 227 号: 7 ページ: 411-426
  • DOI: 10.1524/zkri.2012.1515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman and NMR spectroscopic characterization of high-pressure K-cymrite (KAlSi_3O_8-H_2O) and its anhydrous form (kokchetavite) (2012)
  • 著者名/発表者名: Masami KANZAKI, Xianyu XUE, Julien AMALBERTI, Qian ZHANG
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 107(印刷中)
  • NAID: 10030122449
  • 査読あり
• [学会発表] Paul Floury and Tsubasa Tobase (2014) CO_2 speciation in Ca- and Naaluminosilicate glasses as a function of melt polymerization : A multi-nuclear NMR study (2014)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: Goldschmidt 2014
  • 発表場所: Sacramento, CA, USA
  • 年月日: 2014-06-10
• [学会発表] Spectroscopic study of CO_2-bearing magmas (2014)
  • 著者名/発表者名: Masami Kanzaki and Xianyu Xue
  • 学会等名: Geofluid 3 : Nature and Dynamics of Fluids in Subduction Zones
  • 発表場所: Tokyo Inst. Technology
  • 年月日: 2014-03-02
• [学会発表] Dissolution mechanism of carbonate in silicate melts : Information from ab initio calculations and ^<13>C NMR measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue and Masami Kanzaki
  • 学会等名: 第52回NMR討論会
  • 発表場所: 金沢市石川県立音楽堂
  • 年月日: 2013-11-13
• [学会発表] ケイ酸塩メルト(ガラス)における炭酸塩の化学種 : ab initio 計算と13C NMR からの新しい知見 (2013)
  • 著者名/発表者名: 薛献宇・神崎正美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年度年会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2013-09-13
• [学会発表] Carbonate speciation in depolymerized silicate melts (glasses) : New evidence from ab initio calculations and ^<13>C MAS and static NMR measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: Goldschmidt 2013
  • 発表場所: Florence, Italy
  • 年月日: 2013-08-30
• [学会発表] NMR crystallography of high-pressure silicate minerals and related inorganic materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue and Masami Kanzaki
  • 学会等名: EUROMAR 2013
  • 発表場所: Hersonissos, Crete, Greece
  • 年月日: 2013-07-05
• [学会発表] ケイ酸塩メルトへの二酸化炭素の溶解機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神崎正美・薛献宇
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張(千葉)
  • 年月日: 2013-05-22
• [学会発表] 含水ケイ酸塩ガラスの構造について (2013)
  • 著者名/発表者名: 神崎正美
  • 学会等名: 若手懇談会, ニューガラスフォーラム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-02-19
• [学会発表] Water speciation in sodium silicate glasses (quenched melts) : A comprehensive NMR study (2012)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki and James Eguchi
  • 学会等名: AGU fall meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] アルカリケイ酸塩メルト(ガラス)における水の溶解機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 薛献宇・神崎正美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2012年度年会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] モガナイト構造を持つ高圧AlPO4相について (2012)
  • 著者名/発表者名: 神崎正美・薛献宇
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] NMR Crystallography of high-pressure minerals : Recent progress (2012)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2" Dynamics and Evolution of the Earth's Interior : special emphasis on the role of fluids
  • 発表場所: ブランナールみささ(鳥取県)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] Crystal structures of three new AlPO4 high-pressure phases from powder X-ray diffraction, NMR and first principles calculations, and their unique J-coupling characteristics (2011)
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: ISNMR2011 (International Symposium on Nuclear Magnetic Resonance 2011 : The 50th Memorial Annual Meeting of the Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan)
  • 発表場所: 大桟橋ホール(神奈川県)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] アルミノ珪酸塩相のSi-29 NMR特徴:J結合を利用した測定から見た意外な一面 (2011)
  • 著者名/発表者名: 薛献宇、神崎正美
  • 学会等名: 第50回固体NMR・材料フォーラム
  • 発表場所: 京都平安ホテル(京都府)
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] K-cymriteの構造と特異な29Si NMR特徴 (2011)
  • 著者名/発表者名: 薛献宇・神崎正美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年度年会
  • 発表場所: 茨城大学(茨城県)
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] K-cymrite (KAlSi3O8.H2O)とその無水相のラマン分光 (2011)
  • 著者名/発表者名: 神崎正美、薛献宇、Julien Amalberti、Qian Zhang
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年度年会
  • 発表場所: 茨城大学(茨城県)
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] Carbonate Speciation in Depolymerized Silicate Melts (Glasses): New Evidence from ab Initio Calculations and 13C MAS and Static NMR Measurements
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: Goldschmidt 2013
  • 発表場所: Florence, Italy
• [学会発表] ケイ酸塩メルト（ガラス）における炭酸塩の化学種：ab initio計算と13C NMRからの新しい知見
  • 著者名/発表者名: 薛献宇・神崎正美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2013年度年会
  • 発表場所: 筑波大学
• [学会発表] Dissolution mechanism of carbonate in silicate melts: Information from ab initio calculations and 13C NMR measurements
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki
  • 学会等名: 第５２回NMR討論会
  • 発表場所: 金沢市石川県立音楽堂
• [学会発表] CO2 speciation in Ca- and Na- aluminosilicate glasses as a function of melt polymerization: A multi-nuclear NMR study
  • 著者名/発表者名: Xianyu Xue, Masami Kanzaki, Paul Floury and Tsubasa Tobase
  • 学会等名: Goldschmidt 2014
  • 発表場所: Sacramento Convention Center, Californica, USA
• [学会発表] ケイ酸塩メルトへの二酸化炭素の溶解機構
  • 著者名/発表者名: 神崎正美・薛献宇
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張（千葉）
• [学会発表] Spectroscopic study of CO2-bearing magmas
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, M. and Xue, X.
  • 学会等名: Geofluid 3: Nature and dynamics of fluids in subduction zones
  • 発表場所: Tokyo Inst. Technology
• [学会発表] Ca2AlSiO5.5欠陥ペロブスカイト低圧相の結晶構造
  • 著者名/発表者名: 神崎 正美
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
• [学会発表] 第一原理計算によるNMRパラメータの予測：K-cymriteとAlPO4多形
  • 著者名/発表者名: 神崎 正美
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
• [学会発表] The crystal structures of two Zn2SiO4 high-pressure polymorphs
  • 著者名/発表者名: Liu, Xianyu
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
• [学会発表] アルカリケイ酸塩メルト（ガラス）におけ る水の溶解機構
  • 著者名/発表者名: 薛 献宇
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2012年度年会
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] Breakdown of a common notion for 29Si NMR of aluminosilicates: Information from J-resolved and CPMG measurements
  • 著者名/発表者名: Xue, Xianyu
  • 学会等名: 第５１回NMR討論会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市ウインクあいち
• [学会発表] Water speciation in sodium silicate glasses (quenched melts): A comprehensive NMR study
  • 著者名/発表者名: Xue, Xianyu
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) fall meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] An investigation of armenite, BaCa2Al6Si9O302H2O: H2O molecules and H bonding in microporous silicates
  • 著者名/発表者名: Charles A. Geiger
  • 学会等名: American Geophysical Union (AGU) fall meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [備考]
  • URL: http://www.misasa.okayama-u.ac.jp/~xianyu/xianyu_j.shtml