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2022 年度 実施状況報告書

自己促進反応による加速度的CO2鉱物固定メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K18994
研究機関東北大学

研究代表者

宇野 正起  東北大学, 環境科学研究科, 助教 (50748150)

研究分担者 岡本 敦  東北大学, 環境科学研究科, 教授 (40422092)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
キーワード鉱物炭酸塩化 / 反応誘起破壊 / 透水率 / ブルース石 / マグネサイト / 蛇紋岩
研究実績の概要

本年度はペリクレース(Mg0)およびペリクレースを吸水させて生成したブルース石(Mg(OH)2)を用いた反応透水実験,および天然のブルース石に富む蛇紋岩,および通常の蛇紋岩のバッチ式反応実験をおこなった.
反応透水実験では封圧20MPa,流体圧約10MPa,200℃の条件下で超臨界CO2を試料に注入した.その結果,無水状態(MgO)では反応はほとんど進まないのに対して,含水状態(Mg(OH)2)では劇的に反応が加速しマグネサイト(MgCO3)が生成することが明らかになった.また,含水状態(Mg(OH)2)では,反応により固相の体積が増加し空隙が減少したにも関わらず,透水性が反応とともに向上する傾向がみられた.これは,ブルース石(Mg(OH)2)の空隙サイズが1 um以下と小さいのに対して,反応後のマグネサイト(MgCO3)は粗粒であり空隙サイズが10 um以上と大きくなっていることが原因と考察された.さらに,含水部分であるブルース石の分布が不均一であるサンプルでは,ブルース石が選択的に炭酸塩化することにより亀裂が生成し,透水性が向上することが明らかになった.
バッチ式反応実験では,試料を90-200℃において,10 MPa CO2飽和水および蒸気圧下の1M NaHCO3水溶液と反応させた.その結果,NaHCO3水溶液では高温ほど反応量が増加すること,CO2飽和水では高温ほどブルース石の溶解が抑制され蛇紋石の反応性が向上することが明らかになった.さらにNaHCO3水溶液では,150℃および200℃において顕著な巨視的な亀裂生成が観察された.これは蛇紋岩の炭酸塩化反応実験で,明瞭な巨視的な亀裂を生成した初めての報告である.試料の詳細な解析により蛇紋岩の炭酸塩化における亀裂生成プロセスが明らかになりつつある.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

反応透水実験,バッチ式反応実験ともに,炭酸塩化による岩石破砕に成功しており,炭酸塩化における岩石破砕・透水性向上プロセスを捉えつつある.炭酸塩化による明瞭な透水性向上,蛇紋岩の炭酸塩化による巨視的な亀裂生成を実験的に示したことは世界的にも先駆的な成果であり,当初の計画以上に進展している.

今後の研究の推進方策

反応透水実験については追試験をしてデータの傾向を確固たるものにするとともに,温度や封圧などの条件を変えることで,透水性が向上する条件を探索する.バッチ式反応実験については,試料の微視的な解析をおこなうことにより,亀裂生成プロセスを制約する.また,長期間の反応実験により系の時間発展を明らかにする.

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍およびウクライナ情勢のために実験装置の納品が当初より遅れたため,一部の実験を来年度に持ち越した.そのため,必要な実験消耗品用の予算を来年度にまわしている.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Short‐lived and voluminous fluid‐flow in a single fracture related to seismic events in the middle crust2023

    • 著者名/発表者名
      Diana Mindaleva, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 55 ページ: e2022GL099892

    • DOI

      10.1029/2022GL099892

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NaHCO3 as a carrier of CO2 and its enhancement effect on mineralization during hydrothermal alteration of basalt2023

    • 著者名/発表者名
      Sena Kikuchi, Jiajie Wang, Otgonbayar Dandar, Masaoki Uno, Noriaki Watanabe, Nobuo Hirano, Noriyoshi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Frontiers in Environmental Science

      巻: 11 ページ: 1138007

    • DOI

      10.3389/fenvs.2023.1138007

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 日本の浅部から深部における地殻浸透率2023

    • 著者名/発表者名
      石橋琢也, 冨樫聡, 宇野正起
    • 雑誌名

      日本地熱学会誌

      巻: 45 ページ: 27-44

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continental arc-derived eclogite in the Zavkhan Terrane, Western Mongolia: Implications for the suture zone in the northern part of the Central Asian Orogenic Belt2022

    • 著者名/発表者名
      Manzshir Bayarbold, Atsuchi Okamoto, Otgonbayar Dandar, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Journal of Asian Earth Sciences

      巻: 229 ページ: 105150

    • DOI

      10.1016/j.jseaes.2022.105150

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-temperature silicified zones as potential caprocks of supercritical geothermal reservoirs2022

    • 著者名/発表者名
      Fajar Febiani Amanda, Noriyoshi Tsuchiya , Vani Novita Alviani, Masaoki Uno, Ryoichi Yamada, Shota Shimizu, Ryosuke Oyanagi
    • 雑誌名

      Geothermics

      巻: 105 ページ: 102475

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2022.102475

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Slab-derived fluid storage in the crust elucidated by earthquake swarm2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Mukuhira, Masaoki Uno, Keisuke Yoshida
    • 雑誌名

      Communications Earth & Environment

      巻: 3 ページ: 286

    • DOI

      10.1038/s43247-022-00610-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Olivine vs orthopyroxene:controls on iron partitioning during serpentinization2023

    • 著者名/発表者名
      田中修平、岡本敦、吉田一貴、丹羽尉博、木村正雄、宇野正起、藤井昌和
    • 学会等名
      Goldschmidt conference 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemistry breaks rocks and self-accelerate fluid flow in the lithosphere: Experimental insights from MgO_H2O system2022

    • 著者名/発表者名
      Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      European Geoscience Union (EGU) 22
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemistry of eclogite-facies fluids during continental subduction: evidence from the Khungui eclogite in Zavkhan Terrane, Western Mongolia2022

    • 著者名/発表者名
      Bayarbold Manzshir, Atsuchi Okamoto, Agroli Geri, Alexey Kotov, Dandar Otgonbayar, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU)2022
  • [学会発表] Formation of the garnet aggregate of the Khungui eclogite in the Zavkhan Terrane, Western Mongolia2022

    • 著者名/発表者名
      Bayarbold Manzshir, Atsuchi Okamoto, Dandar Otgonbayar, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      European Geoscience Union (EGU)2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Rupture of serpentinized mantle wedge by self-promoting carbonation: insights from Sanbagawa metamorphic belt2022

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Kazuki Yoshida, Masaoki Uno, Hiroyuki Shimizu, Madhusoodhan Satish-Kumar
    • 学会等名
      European Geoscience Union (EGU) 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] かんらん石-水系、かんらん石-直方輝石-水系における水素生成反応の反応速度に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      田中修平、岡本敦、吉田一貴、丹羽尉博、木村正雄、宇野正起、藤井昌和
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU)2022
  • [学会発表] Multi-stage Metasomatism of Peridotite in Mantle Wedge (Alag Khadny Accretionary Wedge, Western Mongolia)2022

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU)2022
  • [学会発表] Volatile-consuming reactions fracture rocks and self-accelerate fluid flow in the lithosphere: Experimental insights from MgO-H2O system2022

    • 著者名/発表者名
      Masaoki Uno, Atsushi Okamoto, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      Goldschmidt conference 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 岩石と水の境界:反応と破壊の結合した動的な岩石学のフロンティア2022

    • 著者名/発表者名
      宇野正起
    • 学会等名
      日本地質学会(GSJ)2022
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛇紋岩化反応における鉄の分配と水素生成に対するシリカの影響2022

    • 著者名/発表者名
      田中修平、岡本敦、吉田一貴、丹羽尉博、木村正雄、宇野正起、藤井昌和
    • 学会等名
      日本鉱物科学会(JAMS)2022
  • [学会発表] Reaction-induced fracturing and enhanced permeability during fluid-rock reactions and their perspectives for Mineral Carbonation2022

    • 著者名/発表者名
      Masaoki Uno
    • 学会等名
      Geo-processes in Mineral Caron Storage (GMCS) seminar2022
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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