| 研究課題/領域番号 |
20J21968
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
川村 英彰 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | ダイヤモンド / 炭素 / 同位体 / 深部流体 / 炭酸塩 / 川井型マルチアンビル / 高温高圧 |
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| 研究実績の概要 |
ダイヤモンドの起源と形成場の解明は，地球深部における炭素循環を解明する重要な糸口になると期待されるが，マントル深部由来のダイヤモンドの起源に関する統一的な見解は未だ得られていない．本研究では，地球深部においてダイヤモンドの形成と密接な関連があるとされる還元的な流体に着目し，より現実的な地球内部条件を再現した高温高圧実験を行うことで，マントル深部のダイヤモンド形成場周辺の鉱物および共存する流体の挙動を明らかにする．また，炭素同位体をトレーサーに用いて高温高圧実験を行うことで，ダイヤモンドの炭素源となり得る物質を探り，天然ダイヤモンドが多様な炭素同位体組成を示す原因の解明を目指す．最終的に一連の結果から，マントル深部におけるダイヤモンド形成環境のモデル化を行い，全マントル規模での炭素循環を明らかにすることを目標とする．
当初は地球深部に存在するケイ酸塩鉱物と還元的な流体が共存した際の相互作用に関して検討を行う予定であったが，計画を変更しダイヤモンドの炭素源となる物質を探ることを目的とした，炭素同位体をトレーサーとした高温高圧実験に重点的に取り組んだ．新潟大学のSatish-Kumar教授の下で同位体比質量分析装置を用いた炭素同位体分析に必要な試料調整方法と分析手法を習得した後，本研究の高温高圧実験で使用する出発物質の炭酸塩（マグネサイト）とステアリン酸の炭素同位体組成分析を実施した．さらに高温高圧下でのステアリン酸の分解時に生じる炭素同位体分別効果の調査を予備的に行うに至る．2021年度は炭酸塩と還元的な流体共存下でのダイヤモンド形成反応に伴われる炭素同位体分別効果を調査するための実験を本格的に実施する予定である．
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| 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
年度の前半は新型コロナウイルスの影響により研究活動自体に様々な制限が発生してしまい，当初計画していたよりも若干の遅れが生じてしまった．また後半には，所属研究機関の変更を行ったため，以前所属していた研究機関と同等の研究環境を整備するために時間を割く必要があった．そこで課題全体の円滑な遂行のために計画を変更し，高圧実験を円滑に実施することが可能な環境の整備を優先的に行った．さらに炭素同位体をトレーサーとする高温高圧実験の出発物質に用いる，炭酸塩鉱物（マグネサイト）とステアリン酸の炭素同位体分析を実施し，ステアリン酸の炭素同位体組成δ13Cが-28‰程度と炭酸塩鉱物と比較して優位に低い値を示すことを確認した．さらに，高温高圧下でのステアリン酸の分解に伴う炭素同位体分別の効果を検討するための予備実験を実施するに至る．これらの理由から，現在までの進捗状況をやや遅れていると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
炭素同位体をトレーサーとした高温高圧実験に重点的に取り組み，沈み込み帯域でのダイヤモンド形成に大きく寄与している炭素源物質の推定や，様々な同位体組成を有するダイヤモンドが形成される要因の推定を試みる予定である．沈み込み帯域の物質は浅部から深部へ次第に運搬されることを踏まえ，高温高圧実験も浅部条件から次第に深部条件へ温度圧力を変更し，炭素同位体分別の温度圧力効果を検討する．また，下部マントル領域における還元的な流体共存系でのマルチアンビル装置を用いた高温高圧実験のための技術開発も並行して実施する予定である．実験回収試料の炭素同位体測定は同位体比質量分析装置を用いて行い，微細組織観察および生成相の同定は，微小部X線回折装置，走査型電子顕微鏡，透過型電子顕微鏡等を用いて行う．
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