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2020 年度 実績報告書

集束イオンビームを用いたルミネッセンスイメージングの開発と鉱物組織の三次元観察

研究課題

研究課題/領域番号 18H01298
研究機関東京大学

研究代表者

鹿山 雅裕  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30634068)

研究分担者 三宅 亮  京都大学, 理学研究科, 准教授 (10324609)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードカソードルミネッセンス / 鉱物 / 集束イオンビーム / ナノイメージング / 石英 / 衝撃変成作用 / 地質温度計
研究実績の概要

本研究の主旨である集束イオンビーム装置(FIB)にルミネッセンス画像撮影検出器(MiniCL)を組み込んだナノイメージングの技術確立と鉱物の画像分析について、二次元画像撮影による地球科学への応用のいくつかを実現した。一段式火薬銃で高圧を発生させた石英並びに地球上の天然の隕石クレーターに産する石英に対してナノイメージングによる高分解能カソードルミネッセンス(CL)画像撮影を試み、衝撃波の発生に伴い生じる特徴的なラメラ状の微小な衝撃変成組織を観察した。従来のCL画像撮影装置は走査型電子顕微鏡に搭載しており、それと比べてFIBに搭載している本装置はサブミクロンのラメラ状の石英ガラスと結晶質の石英の基質部分の差が明瞭にみられた。そのため衝撃変成組織の探索が非常に容易である。本研究で開発したナノイメージング装置により発見された複数の衝撃変成組織をユニバーサルステージやCLスペクトル測定と組み合わせて圧力を決定し、試料内での石英の圧力分布を解析した。これにより衝撃波が鉱物内を伝わる二次元的な分布解析が可視化され、これは隕石の衝突により生じる衝撃変成作用を解明する重要な鍵である。
さらに本研究で開発したナノイメージング装置については、地質温度計に応用することも試みた。地球上のテクトニックな変成作用により再結晶化したフェルサイト包有物に含まれる極微小の石英に対してCL画像撮影を試みたところ、石英の外形とは異なるそろばん状の累帯構造を可視化することに成功した。これは高温型石英の面影であり、再結晶化した直後の結晶化温度を反映していると解釈できる。このそろばん状の発光領域はTiに由来するCLの発光強度が強いことから高温での形成が示唆される。さらに、CL画像で石英に残存するドフィーネ双晶を発見し、変成作用は急速な冷却過程に伴う事象であったことを判明した。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究の核であるFIBにMiniCLを搭載したナノイメージング画像撮影装置の開発については完了することができた。従来の走査型電子顕微鏡にMiniCLを搭載した画像装置と比べて空間分解能、集光時間及び操作性などが格段に向上していることから、鉱物に内在する微小組織・構造を短時間かつ明瞭に撮影することに成功している。本年度はこのナノイメージングシステムを用いて一段式火薬銃及び隕石衝突により生じた地球上のクレーターに産する石英の衝撃変成組織を明瞭かつ短時間で可視化することに成功し、ユニバーサルステージやCLスペクトルと連携して試料内の石英の圧力分布を解析するに至った。その結果、一段式火薬銃による衝撃実験で回収された石英は非常に均一であることが明らかとなり、発生した衝撃圧力は衝突速度から求めた値とのずれは少ない。そのため、この衝突実験で回収された石英は地球上のクレーターの圧力を求める際の比較試料として用いることが非常に有効であることが判明した。その一例としてユカタン半島に位置するチクシュルーブ・クレーターのボーリングコアサンプルに含まれる石英に対してもナノイメージング撮影及び圧力推定を実施しており、深さごとに圧力の分布が大きく異なることを見出した。また、地質温度計への応用としてテクトニックな変成作用により再結晶化したナノインクルージョンに含まれる石英の累帯構造を撮影することに成功した。この石英はそろばん状の累帯構造を有し、そのCL発光は不純物であるTiに起因することから、高温での変成作用により再結晶化したことが示唆される。また、このそろばん状の累帯構造からドフィーネ双晶が存在することからも、再結晶過程は急冷を伴ったことが明らかである。これらの成果の一部は既に学会発表並びに国際誌に投稿・印刷されている

今後の研究の推進方策

ナノイメージング装置の開発並びに二次元画像撮影による明瞭かつ短時間での画像撮影に関しては実現できた。今後の研究の推進としては、シリアルセクショニング技術を用いて鉱物のCL画像解析を断面ごとに取得し、三次元ナノイメージング画像撮影を実現することを検討している。
例えば、衝撃変成作用を受けた石英に関しては現時点で二次元画像撮影による衝撃変成組織の探索と組織の可視化・明瞭化には成功している。そのため、この成果をさらに進める意味でも衝撃変成組をシリアルセクショニングにより深さ数マイクロメートルごとに削りながらCL画像を撮影してラメラ状のガラス領域の方位を決定することを試みる。また、合わせてラメラ状のガラスの隙間に存在する結晶質の石英の基質部分に対してEBSDによる結晶方位解析やTEMによる構造解析を実施することで、従来ではユニバーサルステージを用いてしか実現できない衝撃変成組織の方位による衝撃圧力推定を三次元ナノイメージング技術で実現することを目標としている。また、他にもフィッショントラックが卓越したジルコンに対しても三次元ナノイメージング画像撮影を試み、核分裂により生じた特徴的なフィッショントラックをCLで可視化するとともに三次元的なフィッショントラックの生成を観察する。これにより、CLを用いた年代測定への応用を実現する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Hidden intact coesite in deeply subducted rocks2021

    • 著者名/発表者名
      Taguchi Tomoki、Kouketsu Yui、Igami Yohei、Kobayashi Tomoyuki、Miyake Akira
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 558 ページ: 116763~116763

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2021.116763

  • [雑誌論文] Space weathering of iron sulfides in the lunar surface environment2021

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Toru、Noguchi Takaaki、Tobimatsu Yu、Harries Dennis、Langenhorst Falko、Miyake Akira、Hidaka Hiroshi
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 299 ページ: 69~84

    • DOI

      10.1016/j.gca.2021.02.013

  • [雑誌論文] Discovery of primitive CO2-bearing fluid in an aqueously altered carbonaceous chondrite2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiyama Akira、Miyake Akira、Okuzumi Satoshi、Kitayama Akira、Kawano Jun、Uesugi Kentaro、Takeuchi Akihisa、Nakano Tsukasa、Zolensky Michael
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 ページ: eabg9707

    • DOI

      10.1126/sciadv.abg9707

  • [雑誌論文] Condensation of Glass with Multimetal Nanoparticles: Implications for the Formation Process of GEMS Grains2021

    • 著者名/発表者名
      Matsuno Junya、Tsuchiyama Akira、Watanabe Takayuki、Tanaka Manabu、Takigawa Aki、Enju Satomi、Koike Chiyoe、Chihara Hiroki、Miyake Akira
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 911 ページ: 47~47

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abe5a0

  • [雑誌論文] Zoned quartz phenocrysts in supercooled melt inclusions in granulites from continental collision orogens2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroi Yoshikuni、Hokada Tomokazu、Kayama Masahiro、Miyake Akira、Adachi Tatsuro、Prame Bernard、Perera Keerthi、Satish‐Kumar Madhusoodhan、Osanai Yasuhito、Motoyoshi Yoichi、Ellis David J.、Shiraishi Kazuyuki
    • 雑誌名

      Island Arc

      巻: 29 ページ: e12374

    • DOI

      10.1111/iar.12374

  • [雑誌論文] Formation of ferroan dacite by lunar silicic volcanism recorded in a meteorite from the Moon2020

    • 著者名/発表者名
      Nagaoka Hiroshi、Fagan Timothy J.、Kayama Masahiro、Karouji Yuzuru、Hasebe Nobuyuki、Ebihara Mitsuru
    • 雑誌名

      Progress in Earth and Planetary Science

      巻: 7 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1186/s40645-020-0324-8

  • [雑誌論文] Iron whiskers on asteroid Itokawa indicate sulfide destruction by space weathering2020

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Toru、Harries Dennis、Langenhorst Falko、Miyake Akira、Noguchi Takaaki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41467-020-14758-3

  • [雑誌論文] Crystallographic preferred orientation of talc determined by an improved EBSD procedure for sheet silicates: Implications for anisotropy at the slab?mantle interface due to Si-metasomatism2020

    • 著者名/発表者名
      Nagaya Takayoshi、Okamoto Atsushi、Oyanagi Ryosuke、Seto Yusuke、Miyake Akira、Uno Masaoki、Muto Jun、Wallis Simon R.
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: 105 ページ: 873~893

    • DOI

      10.2138/am-2020-7006

  • [学会発表] High-pressure and -temperature experiments simulating the lunar KREEP layer and constraint on its water content2020

    • 著者名/発表者名
      M. MURANUSHI, M. KAYAMA, T. MIYAMOTO, S. KAMADA, H. NAGAOKA, A. SUZUKI,
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical and optical evaluation of zircon synthesized by Li-Mo flux method2020

    • 著者名/発表者名
      M. KAYAMA, D. Kaushik, Y. Tsuchiy
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] AFM-IRによる鉱物中微量水酸基検出の試み2020

    • 著者名/発表者名
      東 佳德、馬殿直樹、三宅 亮
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
  • [学会発表] 火山ガラスからの鉱物の晶出過程その場観察実験2020

    • 著者名/発表者名
      三宅 亮、奥村 翔太
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
  • [学会発表] 3D crystal size distributions of pyroxene nanolites based on nanoX-ray CT analyses2020

    • 著者名/発表者名
      奥村 翔太、無盡 真弓、土山 明、三宅 亮
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 火山砕屑物中に含まれるナノスケール磁性鉱物2020

    • 著者名/発表者名
      無盡 真弓、中村 美千彦、三宅 亮
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Deep-seated hydrothermal circulation beneath the rdige axis: a case study of crustal diopsidite from Oman ophiolite2020

    • 著者名/発表者名
      秋澤 紀克、三宅 亮、土山 明、横山 祐典、阿瀬 貴博、浅沼 尚
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of shock deformation of the basement sandstone around the probable impact site of Australasian Tektite Event using synchrotron X-ray diffraction analysis2020

    • 著者名/発表者名
      多田 賢弘、鹿山 雅裕、常 ユイ、三宅 亮、伊神 洋平、多田 隆治、Carling Paul、Songtham Wickanet、田近 英一
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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