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2018 年度 実績報告書

マントル鉱物におけるOH欠陥:先端NMR分光法と第一原理計算による徹底解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H01174
研究機関岡山大学

研究代表者

薛 献宇  岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (70362986)

研究分担者 神崎 正美  岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (90234153)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード鉱物構造 / 水 / 欠陥 / 高圧 / 分光法
研究実績の概要

前年度で取り組んできたMgSiO3 enstatite における水の溶解機構について、さらに追加研究を実施した。特により高圧条件(14 GPa)で合成したclinoenstatiteでは、水素結合の強い水素の存在が1H NMRから分かり、OH伸縮振動数の低いバンドの存在が予想されるが、水素含有量が低いこともあり、ラマン測定からは明確に確認できなかった。そのため、赤外吸収測定も実施し、期待される周波数範囲で極めて弱いシグナルが見られた。また、より詳細な第一原理計算を実施し、Si欠陥における水素の分布様式は、複数の可能性があることを確認した。
マントル遷移帯の主要構成鉱物である含水wadsleyite、ringwoodite については、マルチアンビル高圧装置を用いて合成した試料の1H MAS および1H-29Si CPMAS NMR解析を実施した。特にringwooditeについては、初めてSiおよびMgの欠陥に配置される水素と思われる複数の1H MAS NMRピークが確認された。また、第一原理計算によるMgおよびSi欠陥における水素の配置の様々な可能性を検証し、対応するNMRパラメータの計算を実施した。ただし、観測されたNMRスペクトルの詳細な水素の配置に関する確かな解釈に至るまでは、さらなる検証が必要である。この研究は、次年度も引き続き継続する予定である。
また、MgSiO3 pyropeやMgSiO3-Mg3Al2(SiO4)3 系の中間組成を持つmajoriteにおける水の溶解機構を調べるために、マルチアンビル高圧装置を用いて試料合成を実施した。今後は詳細なNMRや振動分光法測定および第一原理計算を実施する予定である。
関連して、NMR測定および量子力学計算によるケイ酸塩マグマにおけるCO2の溶解機構に関する研究成果を国際誌に発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

主要なマントル鉱物であるenstatite, garnet, wadsleyite, ringwooditeなどについて、1H MASや1H-29Si MAS NMR測定や第一原理計算等により、他の手法から得難い水素の欠陥に関する構造情報を得ることができた。ただし、これらを全て仕上げて、国際誌に論文として公表するまでは、当初の計画より時間がかかることが分かった。今後は、引き続き着実に丁寧に実施していく。

今後の研究の推進方策

今後も重要なマントル鉱物について、丁寧にマルチアンビル高圧装置で合成し、多様なNMR測定、ラマンや赤外吸収測定、第一原理計算を実施し、マントル鉱物における水素の欠陥に関する徹底的解明を目指す。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Universit Salzburg(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      Universit Salzburg
  • [雑誌論文] Carbonate speciation in depolymerized and polymerized (alumino) silicate glasses: Constraints from 13C MAS and static NMR measurements and ab initio calculation2018

    • 著者名/発表者名
      Xue, X., Kanzaki, M., Floury, P., Tobase, T. and Eguchi, J.
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 479 ページ: 151-165

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.01.005

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystal structures of Zn2GeO4 cubic/tetragonal spinel and Zn2SiO4 modified spinel phases2018

    • 著者名/発表者名
      Kanzaki, M.
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 113 ページ: 41-46

    • DOI

      https://doi.org/10.2465/jmps.170617

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temperature-induced phase transition of AlPO4-moganite studied by in-situ Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Kanzaki, M.
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 113 ページ: 126-134

    • DOI

      https://doi.org/10.2465/jmps.171219

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pressure-induced phase transition of Zn2SiO4 III and IV studies by in-situ Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Kanzaki, M.
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 113 ページ: 263-267

    • DOI

      https://doi.org/10.2465/jmps.180409

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Hydrogen incorporation mechanisms in enstatite2018

    • 著者名/発表者名
      Xianyu Xue, Masami Kanzaki and Jianjun Jiang
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2018
  • [学会発表] Dissolution mechanisms of H2O and CO2 in silicate melts (glasses): information from NMR spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Xianyu Xue and Masami Kanzaki
    • 学会等名
      ICG Annual Meeting 2018
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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