氷と非晶質ケイ酸塩の光化学反応による低温での含水ケイ酸塩生成

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21887
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• キーワード: 非晶質珪酸塩 / 含水鉱物 / 氷 / 紫外線 / 低温 / 光化学反応 / 結晶化

研究成果の概要

非晶質氷をまとった非晶質ケイ酸塩の超微粒子に紫外線を照射して，含水鉱物が生成されるかどうかを調べる実験を，冷却ホルダーのついた透過型電子顕微鏡を用いて10Kおよび82Kで行った．非晶質ケイ酸塩は，Mg2SiO4，MgSiO3，GEM組成の超微粒子を熱プラズマ法で作製した．Mg2SiO4微粒子を用いた82Kの実験のみで結晶の生成が確認され，それ以外の温度・物質では何の変化も観察されなかった．高分解能透過型電子顕微鏡を用いて生成物を詳細に観察したところ，生成物はカンラン石であることが分かった．カンラン石の生成には，氷に紫外線が照射されてできたOHラジカルが関与していることが示唆された．

自由記述の分野

地球惑星科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

原始惑星系における含水鉱物の生成は，地球型惑星の水の起源と関連するので，大変重要な課題である．これまでは非晶質珪酸塩と水蒸気の反応によって高温で含水鉱物が生成されると考えられてきた．今回の研究では，氷に紫外線を照射して生成されるOHラジカルによって，82Kという低温にもかかわらず非晶質珪酸塩が結晶化することが見出された．このことはOHラジカルと非晶質珪酸塩が反応して低温でも含水鉱物が生成される可能性があることを示したもので，今後の研究の展開に大きな期待を持たせる成果である．