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2020 年度 実施状況報告書

数理的手法による鉱物の溶解反応モデル選択とパラメータ抽出

研究課題

研究課題/領域番号 19K14827
研究機関国立研究開発法人海洋研究開発機構

研究代表者

大柳 良介  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 特別研究員(PD) (90835729)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード溶解速度 / カンラン石 / 水熱実験 / 析出速度 / 律速過程
研究実績の概要

本年度は、より幅広い温度領域でカンラン石の溶解速度を推定するための実験遂行と並行して,実験データの詳細な解析を行った。水熱反応実験は,JAMSTECに設置されているチタン製のフロー式反応装置を用いて,最大300℃の温度条件下のものと,純水を2mL/minの速度で流通させることで行った。
フロー式反応装置では実験中に反応後の溶液が常に回収可能である.回収した溶液のpHや溶存主要元素濃度の測定を行い,反応速度を決定した。また,実験終了後反応後の固相を回収し,SEMや熱重量測定を用いた分析を行った.結果,カンラン石の溶解反応と蛇紋石の析出反応がカップリングしていることがわかった.このことは,溶液中の主要元素濃度から決定された反応速度は,溶解析出反応の速度を観察していることを意味している.
この結果を踏まえて,溶存主要元素濃度の時間変化をもとに,溶解析出反応のマスバランス計算を行った.このマスバランス計算からはカンラン石の溶解速度と蛇紋石の析出速度を個々に決定することはできなかったため,カンラン石の溶解速度に対する蛇紋石の析出速度の比の決定を試みた.結果,実験の初期段階では比が1より小さいが,時間がすすむにつれてその比が上昇し1より大きくなることがわかった.これにより,実験の初期段階では全体反応は蛇紋石の析出に律速されている一方で,後期段階ではカンラン石の溶解に律速されていることがわかった.

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

本研究では当初,カンラン石の溶解速度を決定することを目的としていた.しかし,実際に実験を始めたところ,蛇紋石の析出がどうしても起きてしまい,カンラン石の溶解速度のみを決定することは容易ではないことがわかった.当初の研究遂行予定とは異なるが,得られた実験データは意味のあるものである.特に,実験データを解析した結果,蛇紋岩化反応の律速過程の時間変化を定量的に明らかにすることに成功している.本研究計画の遂行により新しい知見が生み出されているため,上記のような評価を行った.

今後の研究の推進方策

今後はより長い時間をかけて実験を行い,反応速度の時間推移を観察する.
また,現状の解析方法からは,カンラン石の溶解速度と蛇紋石の析出速度を個々に決定することはできなかった.今後はこれら個々の反応速度を推定するための数理科学手法を提案することを試みる.

次年度使用額が生じた理由

コロナウイルスの影響により当初参加予定であった国際学会が中止になった.また,出勤制限があったことにより実験を思うように進めることができず,実験消耗品を購入する必要がなかった.これらの理由により次年度使用額が生じた.
翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画として,計算用PCの購入に割当る計画である.翌年度は数理科学手法を用いた解析を行う予定である.数理科学手法を用いた解析には,計算が速いPCが必須である.そのようなPCの購入に割り当てる.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Albite-K-feldspar-quartz equilibria in hydrothermal fluids at 400, 420°C and 20?35 MPa: Experimental measurements and thermodynamic calculations2021

    • 著者名/発表者名
      Okamoto Atsushi、Ishii Hajime、Oyanagi Ryosuke、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geothermics

      巻: 94 ページ: 102109~102109

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2021.102109

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploration of nonlinear parallel heterogeneous reaction pathways through Bayesian variable selection2021

    • 著者名/発表者名
      Oyanagi Ryosuke X.、Kuwatani Tatsu、Omori Toshiaki
    • 雑誌名

      The European Physical Journal B

      巻: 94 ページ: 42

    • DOI

      10.1140/epjb/s10051-021-00053-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discovery of datolite in a high-pressure marble from the Sanbagawa metamorphic belt: Indication of B-rich fluid activity2021

    • 著者名/発表者名
      YOSHIDA Kenta、NIKI Sota、SAWADA Hikaru、OYANAGI Ryosuke
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 116 ページ: 1~8

    • DOI

      10.2465/jmps.200730

    • 査読あり
  • [学会発表] Variable occurrences of magnetite and iron mobility during serpentinization: insights from samples from CM1A of Oman Drilling Project2020

    • 著者名/発表者名
      Oyanagi, R., Yoshida, K., Niwa, Y., Takeichi, Y., Kimura, M., Yoshida, K., Okamoto, A., Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      JpGU-AGU joint Meeting 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オマーンオフィオライト下部地殻―マントル境界の蛇紋岩化プロセスに伴うき裂形成:数値シミュレーションと画像解析による考察2020

    • 著者名/発表者名
      吉田一貴,大柳良介,清水浩之,岡本敦,土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2020年会オンライン
  • [学会発表] 超臨界条件での曹長石-カリ長石の溶解平衡:熱力学データの拡張と水熱実験からの制約2020

    • 著者名/発表者名
      石井肇,岡本敦,大柳良介,土屋範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2020年会オンライン
  • [学会発表] マントルウェッジの炭酸塩化に伴う脱水反応,体積変化と元素移動2020

    • 著者名/発表者名
      岡本敦,大柳良介,吉田一貴,宇野正起,サティシュ クマール
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2020年会オンライン
  • [学会発表] 四国中央部三波川変成帯東五良津岩体中のマーブルに見られるダトー石の形成条件とその意義2020

    • 著者名/発表者名
      吉田健太、仁木創太、沢田輝、大柳良介
    • 学会等名
      JpGU-AGU joint Meeting 2020
  • [学会発表] Bayesian Data-driven Approach for Extracting Nonlinear Dynamics of Heterogeneous Reactions2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤雅起、桑谷立、大柳良介、大森敏明
    • 学会等名
      JpGU-AGU joint Meeting 2020
  • [学会発表] Extension of log K of aqueous species to low-water density conditions and comparison with hydrothermal experiments on feldspar dissolution2020

    • 著者名/発表者名
      石井肇、岡本敦、大柳良介、土屋範芳
    • 学会等名
      JpGU-AGU joint Meeting 2020
  • [学会発表] Numerical Prediction of effect of olivine content for proceeding serpentinization2020

    • 著者名/発表者名
      吉田一貴,大柳良介,清水浩之,岡本敦,土屋範芳, Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      JpGU-AGU joint Meeting 2020
  • [学会発表] Dynamic rate control changes during reactive-transport processes of serpentinization2020

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      Goldschmidt 2020 Virtual
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Two Stage P-T-T History of the Sanbagawa Metamorphic Terrane Constrained by Grossular U-Pb Geochronology2020

    • 著者名/発表者名
      S. NIKI, K. YOSHIDA, H. SAWADA, R. OYANAGI, T. HIRATA
    • 学会等名
      Goldschmidt 2020 Virtual
    • 招待講演
  • [学会発表] Metamorphic Evolution of Subducting Sediments Detected by Sparse-Modelling2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida K, Kuwatani T, Ueki K, Oyanagi R Akaho S
    • 学会等名
      Goldschmidt 2020 Virtual
    • 招待講演
  • [学会発表] Fracture patterns during serpentinization in oceanic lower crust: Insights from the Oman ophiolite and numerical simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Yoshida, Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Hiroyuki Shimizu, Noriyoshi Tsuchiya, Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      GSA 2020 Connects Online
    • 国際学会
  • [学会発表] Episodic mantle wedge carbonation induced by infiltration of oxidizing fluids2020

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Kazuki Yoshida, Masaoki Uno, Madhusoodhan Satish-Kumar3
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2020
  • [学会発表] 深海6300mから採取された蛇紋岩中の炭酸塩脈の成因とその意義2020

    • 著者名/発表者名
      大柳良介,岡本敦,サティシュ クマール,南雅代,針金由美子,道林克禎
    • 学会等名
      変成岩などシンポジウム
  • [学会発表] EBSD解析の新しい試み2020

    • 著者名/発表者名
      Wallis Simon, Takayoshi Nagaya, Kenta Yoshida, Ryosuke Oyanagi
    • 学会等名
      変成岩などシンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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