惑星形成・進化によって失われた元素のゆくえ：高圧高温実験からのアプローチ

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17785
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浜根 大輔 東京大学, 物性研究所, 技術職員 (20579073)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ミッシングゼノン

研究実績の概要

地球や火星の大気や全岩組成はその元となった始源的隕石の組成とおおむね調和的であるが、一方で惑星形成から現在に至るまでに選択的に欠損し所在不明となった元素もいくつか存在する。本研究ではその行方不明の元素のうち、希ガス元素であるキセノン(Xenon)に注目し、未解決の課題となっている「Missing Xenon問題」の解明に寄与することを目的とする。本研究ではキセノンをはじめとした希ガスと地球・火星物質との反応性を惑星深部の高圧高温環境で探り、キセノンが惑星深部で捕縛されている可能性などを検討することで、希ガスの中でキセノンが選択的に消失する地質学的プロセスの解明を目指す。

本年度においては昨年度に引き続き地球深部における高圧高温環境で希ガスとシリカクラスレートとの反応性を検討した。シリカクラスレートは海洋底に広く分布する可能性が指摘されているため、Missing Xenon問題を包括的に理解するためにはシリカクラスレートと希ガスの反応性は検証すべき課題である。一方でシリカクラスレートの高圧下での挙動はこれまでほとんど研究例が無く、また、最近になって発見されたシリカクラスレートについても理解を進める必要がある。本年度は昨年度に行った内容の再現実験や種類の異なるシリカクラスレートを用いた実験も行った。

希ガスフリーの実験においては、複数のシリカクラスレートの種類および圧力媒体についてより広範な条件で物性値を取得した。希ガス雰囲気の条件では、希ガスの種類や、加熱・非加熱の条件で反応性やガス交換の有無を検証した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

地球マントルに存在しうる鉱物や、希ガスを内包するポテンシャルを持つシリカクラスレートに対してキセノンとの反応性を調査した。これまでのところ地球マントル鉱物とキセノンが化学反応を示した形跡は認められないが、検証すべき対象としてシリカクラスレートが追加された。シリカクラスレートが海洋底に広く分布する可能性が指摘されており、地球深部へ引き込まれる可能性や、高圧下での挙動はほとんど明らかになっていない。現時点ではシリカクラスレート自身の高圧下での挙動や希ガスとの反応性を中心に検討しているが、シリカクラスレートについて複数の種類が存在することが明らかになり、検証すべき対象が増えている。それでも実験そのものは順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

最終年度においてはシリカクラスレートと希ガスの反応性についてさらに検証を行い、これまでに得られたマントル鉱物と希ガスの実験内容も必要なものについて再検証を行うことで、Missing Xenon問題を考察する。

次年度使用額が生じた理由

実験消耗品について想定よりも損傷が軽微であったことから、その再加工・調達にともなう費用が当初計画を下回ったために次年度使用額が発生した。この次年度使用額についてはダイヤモンドをはじめとする実験消耗品に充てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of coercivity in Nd-Fe-B nanocomposite magnets (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Tetsuji、Nozaki Shunji、Nishio-Hamane Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 445 ページ: 49～52
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.08.083
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-coercivity SmCo 5 /α-Fe nanocomposite magnets (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Tetsuji、Nishio-Hamane Daisuke
  • 雑誌名: Alloys and Compounds 巻: 735 ページ: 218～223
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum valence criticality in a correlated metal (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuga K., Matsumoto Y., Okawa M., Suzuki S., Tomita T., Sone K., Shimura Y., Sakakibara T., Nishio-Hamane D., Karaki Y., Takata Y., Matsunami M., Eguchi R., Taguchi M., Chainani A., Shin S., Tamasaku K., Nishino Y., Yabashi M., Ishikawa T., Nakatsuji S.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 ページ: eaao3547
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao3547
• [雑誌論文] Size-controllable gold nanoparticles prepared from immobilized gold-containing ionic liquids on SBA-15 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kusumawati Etty N.、Nishio-Hamane Daisuke、Sasaki Takehiko
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 309 ページ: 109～118
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2017.09.012
• [雑誌論文] Iyoite, MnCuCl(OH)3 and misakiite, Cu3Mn(OH)6Cl2: new members of the atacamite family from Sadamisaki Peninsula, Ehime Prefecture, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishio-hamane D.、Momma K.、Ohnishi M.、Shimobayashi N.、Miyawaki R.、Tomita N.、Okuma R.、Kampf A. R.、Minakawa T.
  • 雑誌名: Mineralogical Magazine 巻: 81 ページ: 485～498
  • DOI: 10.1180/minmag.2016.080.104
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Visible” 5d Orbital States in a Pleochroic Oxychloride (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirai Daigorou、Yajima Takeshi、Nishio-Hamane Daisuke、Kim Changsu、Akiyama Hidefumi、Kawamura Mitsuaki、Misawa Takahiro、Abe Nobuyuki、Arima Taka-hisa、Hiroi Zenji
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 10784～10789
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large anomalous Nernst effect at room temperature in a chiral antiferromagnet (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikhlas Muhammad、Tomita Takahiro、Koretsune Takashi、Suzuki Michi-To、Nishio-Hamane Daisuke、Arita Ryotaro、Otani Yoshichika、Nakatsuji Satoru
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 13 ページ: 1085～1090
  • DOI: 10.1038/nphys4181
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure synthesis of tetragonal iron aluminide FeAl 2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Tobita Kazuki、Sato Naoki、Katsura Yukari、Kitahara Koichi、Nishio-Hamane Daisuke、Gotou Hirotada、Kimura Kaoru
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 141 ページ: 107～110
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.08.002
  • 査読あり
• [学会発表] 新鉱物 金水銀鉱（Aurihydrargyrumite） (2017)
  • 著者名/発表者名: 浜根大輔、皆川鉄雄
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年会
• [学会発表] 北海道の砂金・砂白金鉱床から見いだされた金-銀-錫鉱物、自然鉛および白金族元素含有鉱物について (2017)
  • 著者名/発表者名: 浜根大輔、齋藤勝幸
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年会
• [学会発表] 160GPaまでのFeAlO3の圧縮挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浜根大輔
  • 学会等名: 第58回高圧討論会