高圧下における水の鉱物への固定機構とダイナミカルな挙動

2012 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学
• 研究課題/領域番号: 20103002
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 永井 隆哉 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (20243131)
• 研究分担者: 赤坂 正秀 島根大学, 総合理工学研究科, 教授 (20202509) ; 栗林 貴弘 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教 (20302086) ; 深澤 裕 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 主任研究員 (30370464) ; 佐野 亜沙美 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究員 (30547104) ; 内海 渉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究推進室長 (60193918)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: 含水鉱物 / 氷 / 結晶構造 / 高温高圧 / 水素結合 / 中性子回折

研究概要

鉱物物理研究において今後ますますの活用が期待される研究手法である中性子回折法を用いて、いくつかの重要な含水鉱物の水素位置に関する情報を、常圧、常圧高温、常温高圧、高温高圧と幅広い温度圧力条件で得ることに成功した。マントル鉱物中の水素位置、水素結合の圧力誘起対称化、熱膨張の特異な挙動と水素位置の無秩序化との関係、地殻に産する固溶体鉱物中の金属元素置換と水素位置の関係など、多くの新しい知見が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Distribution of cations at two tetrahedral sites in Ca_2MgSi_2O_7-Ca_2Fe^<3+>AlSiO_7 series synthetic melilite and its relation to ncommensurate structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamada M. and Akasaka M
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 40 ページ: 259-270
  • DOI: Doi:10.1007/s00269-013-0566-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compression behaviors of distorted rutile-type hydrous phases, MOOH (M=Ga, In, Cr) and CrOOD (2012)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A, Yagi T., Okada T., Gotou H. and Kikegawa T.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 39 ページ: 75-383
  • DOI: Doi0.1007/s00269-012-0487-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation state of Fe in olivine in andesitic scoria from Kasayama volcano, Hagi, Yamaguchi Prefecture, Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Ejima T., Akasaka M, Nagao T. and Ohfuji H
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 107 ページ: 215-225
  • DOI: Doi:10.2465/ jmps.120605
  • 査読あり
• [雑誌論文] 中性子散乱実験により明らかにする鉱物中の水素結合とその役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐野亜沙美
  • 雑誌名: 波紋 巻: 22 ページ: 162-165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure responses of portlandite and H-D isotope effects on pressure-induced phase transitions (2011)
  • 著者名/発表者名: Iizuka R., Kagi H., Komatsu K., Ushijima D., Nakano S., Sano-Furukawa A., Nagai T. and Yagi T
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 38 ページ: 777-785
  • DOI: Doi10.1007/s00269 -011-0450-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of hydrogen site of hydrous wadsleyite: A neutron diffraction study (2011)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A., Kuribayashi T., Komatsu K., Yagi T. and Ohtani E.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 189 ページ: 56-62
  • DOI: Doi:10.1016/j.pepi.2011.07.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and properties of ferroelectric water ice (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa H., Arakawa M, Kagi H., Fernandez-Baca J.A. and Chakoumakos B.C.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of ice ページ: 421-428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation state of Fe in olivine in a lherzolite xenolith from Oku district, Oki-Dogo Island, Shimane Prefecture, Japan (2011)
  • 著者名/発表者名: Ejima T. and Akasaka M.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 106 ページ: 110-125
  • DOI: Doi:10.2465/jmps.110125
  • 査読あり
• [雑誌論文] 電子マイクロプローブ分析によるかんらん石中のFe2+/Fe3+比の見積もり:メスバウアー分光法による検証 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江島輝美, 赤坂正秀
  • 雑誌名: 岩石鉱物科学 巻: 40 ページ: 55-62
  • DOI: Doi:10.2465/gkk.10091
  • 査読あり
• [雑誌論文] スラブやマントル鉱物の結晶構造中における水素原子の振る舞い (2011)
  • 著者名/発表者名: 栗林貴弘
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 53 ページ: 19-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Rietveld and ^<57>Fe Mossbauer studies of epidote and piemontite on the join Ca_2Al_2Fe^<3+>Si_3O_<12>(OH)-Ca_2Al_2Mn^<3+>Si_3O_<12>(OH) formed by hydrothermal synthesis (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagashima, M. and Akasaka, M
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 95 ページ: 1237-1246
  • DOI: Doi:10.2138/am.2010.3418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal chemistry of chromian pumpellyite from Osayama, Okayama Prefecture, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M. Akasaka, M., Seto, S. and Makino, K
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 95 ページ: 1294-1304
  • DOI: Doi:10.2138/am.2010.3376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared absorption spectra of δ-AlOOH and its deuteride at high pressure and implication to pressure response of the hydrogen bonds (2010)
  • 著者名/発表者名: Kagi K., Ushijima D, Sano-Furukawa A., Komatsu K, Iizuka R., Nagai T. and Nakano S
  • 雑誌名: Jour. Physics: Conference Series
  • DOI: Doi:0.1088/1742-6596/215/1/012052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing effects on hydrogen ordering in KOD-doped ice observed using neutron diffraction (2010)
  • 著者名/発表者名: Arakawa M., Kagi H. and Fukazawa H
  • 雑誌名: Journal of Molecular Structure 巻: 972 ページ: 111-114
  • DOI: Doi:10.1016/j.molstruc.2010.02. 016
  • 査読あり
• [雑誌論文] CO_2 motion in carbon dioxide deuterohydrate determined by applying maximum entropy method to neutron powder diffraction data (2010)
  • 著者名/発表者名: Igawa N., Taguchi T., Hoshikawa A., Fukazawa H., Yamauchi H., Utsumi W. and Ishii Y
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 巻: 71 ページ: 899-905
  • DOI: Doi:10.1016/j.jpcs.2010.03.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change in compressibility of delta-AlOOH and delta-AlOOD at high pressure: A study of isotope effect and hydrogen-bond ymmetrization (2009)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A., Kagi H., Nagai T., Nakano S., Fukura S., Ushijima D., Iizuka R., Ohtani E. and Yagi T
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 94 ページ: 1255-1261
  • DOI: Doi:10.2138/am.2009.3109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron Powder Diffraction under High Pressure at J-PARC (2009)
  • 著者名/発表者名: Utsumi W, Kagi H, Komatsu K, Arima H, Nagai T, Okuchi T, Kamiyama T, Uwatoko Y, Matsubayashi K and Yagi T
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods of Physics Research Section A 巻: 600 ページ: 50-52
  • DOI: Doi:10.1016/j.nima.2008.11.065
  • 査読あり
• [雑誌論文] J-PARCでの高圧高温専用ビームラインの実現に向けて (2009)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,有馬寛,奥地拓生,鍵裕之,八木健彦
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 19 ページ: 15-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Existence of ferroelectric ice on planets -a neutron diffraction study (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa H., Hoshikawa A., Chakoumakos B.C. and Fernandez-Baca J.A.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods of Physics Research Section A 巻: 600 ページ: 279-281
  • DOI: Doi:10.1016/j.nima.2008.11. 044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron x-ray study of norbergite, Mg_<2.98>Fe_<0.01>Ti_<0.02>Si_<0.99>O_8(OH_<0.31>F_<1.69>), crystal structure under high-pressure up to 8.2 Gpa (2008)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi T., Tanaka M. and Kudoh Y
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 35 ページ: 559-568
  • DOI: Doi:10.1007/s00269-008-0248-0
  • 査読あり
• [学会発表] Hydrogen position refinement in super hydrous phase B structure under high-pressure conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi T
  • 学会等名: IUCr Commission on High Pressure 2012 Meeting "Advances in Crystallography at High Pressures"
  • 発表場所: Mito, Japan
  • 年月日: 20120923-27
• [学会発表] anvil press for neutron diffraction experiment at J-PARC (2012)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A., Hattori T., Arima H., Utsumi W., Kagi H. and Yagi T
  • 学会等名: Joint 2012 COMPRES Annual Meeting and High-Pressure Mineral Physics Seminar-8
  • 発表場所: Lake Taho, USA
  • 年月日: 20120709-13
• [学会発表] 中性子回折によるポートランダイトの熱膨張機構の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,佐野亜沙美,飯塚理子,鍵裕之
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2012年度年会
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 東南極セーヌロンダーネ山地産含バナジウムざくろ石:X線単結晶構造解析と赤外分光分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 赤坂正秀,平田みお,濱田麻希,永嶌真理子,牧野邦明,小山内康人
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2012年度年会
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 中性子回折を用いたMg(OD)_2の高温での構造変化の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,佐野亜沙美,飯塚理子,鍵裕之
  • 学会等名: 2012年度地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2012-05-22
• [学会発表] Determination of hydrogen sites of nominally anhydrous minerals of the mantle transition zone (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuribayashi T., Sano-Furukawa A., Komatsu K., Yagi T. and Ohtani E
  • 学会等名: 1^<st>V Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20111121-23
• [学会発表] Determination of hydrogen sites of nominally anhydrous mineral of the mantle transition zone (2011)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A., Kuribayashi T., Komatsu K., Yagi T. and Ohtani E
  • 学会等名: 1^<st> Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 20111121-23
• [学会発表] Neutron diffraction study on δ-AlOOH at high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Sano-Furukawa A., Komatsu K., Hattori T., Nagai T., Kagi H., Molaison J.J., Moreia-Dos Santos A.F. and Tulk C.A.
  • 学会等名: AIRAPT-23
  • 発表場所: Mumbai, India
  • 年月日: 20110925-30
• [学会発表] Hydrogen motions of Mg(OD)_2 and Ca(OD)_2 at several temperatures (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagai T., Sano-Furukawa A., Iizuka R., Chakoumakos B.C. and Fernandez-Baca J.A.
  • 学会等名: International Union of Crystallography (IUCr) 2011
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 20110822-30
• [学会発表] Mg(OD)_2の高温中性子回折実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,佐野亜沙美,飯塚理子,鍵裕之
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2011年度年会
  • 発表場所: 茨城大学(水戸市)
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] Mg(OD)_2の高温中性子回折実験について (2011)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉
  • 学会等名: 2011年地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] 含重水素紅簾石の合成と生成相の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 赤坂正秀, 永嶌真理子, 濱田麻希, 佐野亜沙美, 江島輝美
  • 学会等名: 地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Neutron powder diffraction study using HRPD at JRR-3 and WAND at HFIR -Recent results on H-bond- (invited) (2011)
  • 著者名/発表者名: Fukazaw H
  • 学会等名: Korean Physics Society April Meeting
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2011-04-14
• [学会発表] 米国パルス中性子施設SNS のSNAP における高圧中性子実験 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野亜沙美・服部高典・内海渉・小松一生・鍵裕之・永井隆哉
  • 学会等名: 第51回高圧討論会
  • 発表場所: 戦災復興会館(仙台市)
  • 年月日: 20101020-22
• [学会発表] 熱重量測定による脱水反応速度への同位体効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,小林紗和
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2010年度年会
  • 発表場所: 島根大学(松江市)
  • 年月日: 20100923-25
• [学会発表] Ca 単斜輝石の6配位席と4配位席おけるFe^<3+>とGa^<3+>の分布 (2010)
  • 著者名/発表者名: 赤坂 正秀・浜田 麻希・永嶌 真理子・大橋 晴夫
  • 発表場所: 島根大学(松江市)
  • 年月日: 20100923-25
• [学会発表] Formation of a perovskite solid solution between MgSiO_3 and MnSiO_3 at the lower mantle condition (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagai T., Ishido T. and Fujino K
  • 学会等名: the 20th General Meeting of International Mineralogical Association
  • 発表場所: Budapest
  • 年月日: 20100821-27
• [学会発表] X-ray and neutron Rietveld study of synthetic Ca_2Al_<3->pMn^<3+>__pSi_3O_<12>(OD)-piemontite (2010)
  • 著者名/発表者名: Akasaka M., Nagashima M., Hamada M., Sano-Furukawa A. and Ejima T
  • 学会等名: International Mineralogical Association
  • 発表場所: Budapest
  • 年月日: 20100821-27
• [学会発表] Structure and Properties of Ferroelectric Water Ices -accelerating evolution of icy grain- (2010)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa H., Arakawa M., Kagi H., Chakoumakos B.C. and Fernandez-Baca J.A.
  • 学会等名: 12th International Conference on Physics and Chemistry of ice
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] 熱重量測定によるCa(OH)_2とCa(OD)_2の脱水反応の速度論的解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,小林紗和,栗林貴弘
  • 学会等名: 2010年日本地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] 単結晶MEM 解析によるsuper B 相の1 GPa および3.5 GPaの高圧下における水素位置の推定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 栗林貴弘,工藤康弘
  • 学会等名: 2010年日本地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] 合成Ca_2Al_3-pMn_<3+>pSi_3O_12(OD)-紅簾石のX線・中性子結晶構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 赤坂正秀,永嶌真理子,濱田麻希,佐野亜沙美,江島輝美
  • 学会等名: 2010年日本地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] マントル遷移層構成鉱物の構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐野亜沙美,八木健彦,小松一生,栗林貴弘
  • 学会等名: 日本中性子科学会
  • 発表場所: 東海村(茨城県)
  • 年月日: 2009-11-09
• [学会発表] Properties of ferroelectric and hydrogen ordered ices in space (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa H
  • 学会等名: XVIII International Conference on "Horizons in Hydrogen Bond Research
  • 発表場所: Paris
  • 年月日: 2009-09-15
• [学会発表] 中性子回折実験によるCa(OD)_2の重水素位置の精密化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉,佐野亜佐美,鍵裕之,飯塚理子,栗林貴弘
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2009年度年会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Ca_2Al_<3-p>Mn^<3+>pSi_3O_<12>(OD)-紅簾石の合成と中性子結晶構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 赤坂正秀,永嶌真理子,濱田麻希,佐野亜沙美
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2009年度年会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] 新規採択された中性子散乱を用いた鉱物中の水の固定機構に関する研究計画について (2009)
  • 著者名/発表者名: 永井隆哉
  • 学会等名: 2009年日本地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2009-05-16
• [図書] 地球惑星科学入門 (2010)
  • 著者名/発表者名: 在田一則,竹下徹,見延庄士郎,渡部重十 編者(永井隆哉:第3章執筆)
  • 総ページ数: 427(第3章p25-34)
  • 出版者: 北海道大学出版会
• [備考]
  • URL: http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp/shingakujutsu/mineral.html