層状ケイ酸塩鉱物-水反応機構.原子レベルでの解明

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440184
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 村上 隆 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (00253295)
• 研究分担者: 小暮 敏博 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (50282728)
• キーワード: 層状ケイ酸塩鉱物 / 電子顕微鏡 / 風化 / 溶解

研究概要

地球表層では、鉱物ー水ー大気反応は物質の移動や元素のグローバルサイクルにおいて重要な役割を果たす。野外で風化した岩石・鉱物など固相の解析と、実験室で溶解させた岩石・鉱物など固相の解析及び反応溶液など液相の解析をもとに層状ケイ酸塩鉱物ー水反応の機構を原子のレベルで把握することを目的とした。本年度は、黒雲母の溶解・風化の天然と実験室の比較と、黒雲母、緑泥石、白雲母の室内溶解実験を行った。黒雲母の溶解・風化の天然と実験室の比較した結果、溶解・風化の初期には高分解能透過電子顕微鏡(HRTEM)で調べても、黒雲母のドメイン中に二次鉱物が観察されなかった。これは双方とも黒雲母が二次鉱物を経ないで直接溶解していることを意味する。ところが、電界放射型走査電子顕微鏡(FESEM)で調べると、端面に微小なAl及びFe鉱物が観察されたが、劈開面には殆ど観察されなかった。文献値も併用して、地球化学コードであるEQ3NRを用いた熱力学的計算から溶液が二次鉱物に飽和してなくてもHRTEMではVermiculiteなどが観察されていることがわかった。従って、HRTEMなどで観察されるVermiculite等は必ずしもバルク組成を反映せず、端面近辺の溶液は局所的にバルクと化学的性質が異なると考えられる。即ち、層状ケイ酸塩の溶解に伴う初期の二次的な層状ケイ酸塩の形成は端面近辺の溶液の局所的性質によると考えられる。また、フロータイプでの溶解実験から、Siの溶脱速度を基準に求めた黒雲母、白雲母、緑泥石の溶解速度(25℃)は、30日後において、黒雲母が2.3x10-11、白雲母が3.2x10-12、緑泥石が4.9x10-12であった(単位は[mol/m2/s]、ただしO10(OH)2を1molとみなした)。鉱物間で溶解速度を比較すると、各温度において黒雲母>緑泥石>白雲母という順になる。

研究成果

• [文献書誌] Murakami, T., Utsunomiya, S.: "Comparsion of biotite dissolution in the laboratory and in the fieId by high-resofution transmission eIectron microscopy" Mineralogical Magazine. 62A. 1044-1045 (1998)
• [文献書誌] Murakami, T., al.: "HRTEM evidence for the process and mechanism of saponite to chlorite conversion reaction through corrensite" American Mineralogist. (in press). (1999)
• [文献書誌] Murakami, T.et al.: "Formation of secondary minerals and its effect on anorthite dissolution" American Mineralogist. 83. 1209-1220 (1998)
• [文献書誌] Banfield, J.F., Murakami, T: "Atomic-resolution transmission electron microscope evidence for the mechanism by which chlorite weathers to 1:1 semi-regular chlorite-vermiculite" American Mineralogist. 83. 348-357 (1998)
• [文献書誌] Kogure, T.and Murakami, T.: "Structure and formation mechanism of low-angle boundaries in chiorite" American Mineralogist. 83. 358-364 (1998)