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2023 年度 実績報告書

地球核形成における窒素同位体分別過程の実験的解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2359
配分区分基金
研究機関愛媛大学

研究代表者

福山 鴻  愛媛大学, 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター, 研究員

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワード窒素同位体分別 / 地球核形成 / 超高温高圧実験 / マルチアンビル高圧発生装置 / 酸窒化物
研究実績の概要

本研究課題の最終年度では、高融点を持つイットリウム付加単結晶ジルコニア基板で作成した試料カプセルを新たに考案しつつ、初年度に確立した超高温高圧実験手法を駆使することによって、シリケイトメルトと金属鉄メルト間での窒素同位体分別係数を決定することを目標とした。試料カプセルとして選定したジルコニア基板だが、ジルコニウムはシリコンと同様に四価の陽イオンになるため、MgO単結晶基板とは異なりシリケイトメルト中で非架橋酸素を生成せず、溶融ケイ酸塩メルトをガラスとして急冷回収しやすいことも期待した。
一方で、本研究課題と並行して推進していた若手研究 (22K14123)では、金属鉄が存在するような還元的条件下で安定に存在するアンモニア (e.g., Li and Keppler, 2014)とferropericlase (化学組成: (Mg, Fe)O)といった酸化物が反応し、酸窒化物が生成されることが極めて強く示唆された。このような高温下における酸化物とアンモニア流体の反応は、材料科学分野では既に広く知られているが (e.g., Ebbinghaus et al., 2009)、地球超深部条件で酸窒化物ができることを示した点で極めて重要な知見である。ただし同時に、窒素同位体分別を決定するうえで、ジルコニアのような酸化物でできた試料カプセルは窒素同位体分別を決定する上で適当ではないことも分かった。
結果として、地球核形成における窒素同位体分別に関する先行研究間での三者三様の違い (Dalou et al., 2019; Shi et al., 2022; Grewal wt al., 2022)の原因を直接制約するには至らなかった。しかしながら、Dalou et al. (2019)だけは試料カプセルに酸化物ではなくグラファイトを用いており、正確なデータが得られていることを示唆できた。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] Revaluation of nitrogen storage capacity in the lower mantle by ferropericlase forming solid solution with iron oxynitride2024

    • 著者名/発表者名
      Ko Fukuyama, Hiroyuki Kagi, Toru Shinmei, Naoto Takahata, Tetsuo Irifune
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2024年大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Unconventional high-pressure behaviors of hydrogen bonds in brucite caused by F substitution2024

    • 著者名/発表者名
      Xuejing He, Hiroyuki Kagi, Kazuki Komatsu, Asami Sano-Furukawa, Jun Abe, Ko Fukuyama, Toru Shinmei, Satoshi Nakano
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2024年大会
  • [学会発表] ferropericlaseが鉄の酸窒化物と固溶体を形成する可能性と下部マントルにおける窒素最大貯蔵量の再評価2023

    • 著者名/発表者名
      福山鴻
    • 学会等名
      第10回愛媛大学先進超高圧科学研究拠点(PRIUS)シンポジウム
  • [学会発表] The hydrogen-bonding configuration of fluorine-doped brucite under high pressure2023

    • 著者名/発表者名
      Xuejing He, 鍵裕之,小松一生,佐野亜沙美,阿部淳,福山鴻,新名亨
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会

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公開日: 2024-12-25  

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