| 研究課題/領域番号 |
26303021
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
八久保 晶弘 北見工業大学, 工学部, 教授 (50312450)
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| 研究分担者 |
竹谷 敏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物質計測標準研究部門, 主任研究員 (40357421)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ガスハイドレート / メタンハイドレート / 安定同位体 / 熱分解起源 / タタールトラフ / 結晶構造 / ロシア |
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| 研究実績の概要 |
海底表層型の天然ガスハイドレート密集域が存在するオホーツク海西縁部（サハリン島北東沖～南東沖テルペニヤリッジ～北海道網走沖）に対し、サハリン島南西沖の日本海北部では未調査領域が多い。平成27年度では、日本海北部のタタールトラフ域において表層型ガスハイドレート調査を6月に実施した。探査手法としては、まず音波・音響探査により海底表層のガスチムニー（堆積層深部からのガスの通り道を示唆）や海底から立ち上るガスプルーム（天然ガスの気泡からなる柱状のエコー）を指標として、これらの地点で海底堆積物コアを採取した。当該海域では表層堆積物コアを20本採取し、前年度を大幅に上回る5本の天然ガスハイドレート入りコアが得られた。船上ではガスハイドレート結晶およびガス・水・堆積物サンプリングを実施した。
前年度にガスハイドレートが得られた地点から南西方向に約20km離れた地点で新たなガスプルームおよびガスチムニーを発見した。この地点で得られた2本の天然ガスハイドレート入りコアを調べたところ、ガスハイドレート結晶は炭素同位体比が-40‰台の熱分解起源とみられるメタンを包接していた。また、結晶構造解析からは天然ガスハイドレートが構造I型であり、メタンの他に硫化水素をケージ内に包接していること、結晶の水和数は約6.0であることがわかった。結晶の解離熱はこれまでに報告されているメタンを主成分とする天然ガスハイドレートの値とほぼ同じであった。
一方、実験室研究ではメタンハイドレート生成時の水和数に関する温度・圧力依存性、堆積物細孔中に生成したメタンハイドレートの熱物性・安定同位体特性、バイカル湖でみられるメタン・エタン系混合ガスハイドレートの解離特性、ハイドレート結晶の比表面積測定、ヘキサン等の分子径の大きな炭化水素を包接する結晶構造H型ハイドレートのラマンスペクトルに関する知見を得た。
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| 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
当初の計画通り、平成27年6月に当該海域にてフィールド調査が実施され、新地点も含めて天然ガスハイドレート含有海底表層堆積物コア５本の採取に成功した。加えて、水深の浅い領域をカバーする周辺海域において、前年度の調査航海に引き続きガスプルーム地点を多数発見し、これらの地点でガスを多量に含む堆積物コアの採取も行なった。前年度からの懸案であった、粉末X線結晶構造解析用の試料も今回の調査航海で確保できた。これらの試料は実験室に持ち帰り、現在も各種分析を継続している。測定結果等については、日本雪氷学会や日本地球惑星科学連合大会等の他、国際会議等にて既に発表されており、今後は論文として公表予定である。
天然ガスハイドレートはガス組成やガス安定同位体比その他の点で極めて多様であることから、その結晶特性の理解のためには、人工ガスハイドレートを生成し、単純化した系で多面的な結晶解析を行なうことが望ましい。ガスハイドレートの解離特性およびゲストガス安定同位体比に及ぼす堆積物粒子の効果については、現在論文投稿中であり、水温および圧力（水深）がメタンハイドレート水和数に及ぼす影響については、論文投稿の準備中の段階である。メタン・エタン系混合ガスハイドレートの解離特性については、解離時の結晶二次生成とみられる現象が確認され、そのゲストガス安定同位体比が変化する様子をとらえることができた。また本年度からは、大型の炭化水素分子を包接する結晶構造H型ハイドレートの結晶構造解析に関する実験的研究を実施し、成果を得ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
サハリン島西方沖タタールトラフ海域にて、本研究の調査航海でこれまでに得られた天然ガスハイドレートの大半はメタン炭素同位体比が約-45‰であり、経験的ダイヤグラムからは熱分解起源を示唆するものの、熱分解起源ガスに通常含まれるエタン、プロパン、ブタン等が計0.1%程度しかなく、全て結晶構造I型のハイドレートであった。これと同様の産状である日本海上越沖やバイカル湖においても、熱分解起源エタンやプロパン等が少ない理由はわかっていない。一方、これらの天然ガスは実は微生物起源であり、還元されてメタンとなる元のCO2の炭素同位体比が単に大きかっただけではないか、との仮説も成り立ち、従来の経験的ダイヤグラムの反例となる可能性がある。これを証明するには、微生物起源メタンを包接するハイドレートとのメタン水素同位体比の比較が必要となるほか、周辺環境の水の水素同位体比との差が決め手となる。そこで、水素同位体比の小さい陸水環境下で熱分解起源メタンを包接するハイドレートと、従来の海洋環境下の同試料との比較検討をすべき、との認識を国内外の共同研究者との間で共有するに至った。
そこで本研究の最終年度では、調査船Vereshchagin号（360t、ロシア科学アカデミーシベリア支部が運営管理）を用いて、ロシア・バイカル湖の熱分解起源メタンが湧出する地点での試料採取を実施する。現地調査ではこれまでの調査手順を踏襲し、詳細な地形・地質情報を船上で検討しながら、ガスハイドレートを含む堆積物コア採取・解析を実施する。ガス試料については国内に持ち帰り、速やかに分析を行なう。これまでにサハリン島西方沖タタールトラフおよび日本海上越沖で得られている知見と比較検討・総合することにより、ガスハイドレート産状および性状に関する理解を深める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究における最もコストのかかる項目は傭船料であり、ロシア科学アカデミー所属の調査船を利用して実施している。この調査は日本（北見工業大学）、ロシア（V.I.Ilichev太平洋海洋学研究所およびP.P.Shirshov海洋学研究所）、韓国（極地研究所）の国際科学共同研究の枠組みの下に計画・立案されており、調査にかかる諸費用は各機関によるコストシェアを基本としている。その他、傭船料は原油価格や為替レート等の影響を大きく受けるため、調査航海の直前まで傭船料を決定することができない。各研究機関担当者との打ち合わせの結果、平成27年度の調査については当初の予定より大幅に少ない分担金で本研究を遂行すること、また次年度使用額については、平成28年度に実施される調査の傭船料に使用することが確認された。
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| 次年度使用額の使用計画 |
2016年8月、調査船Vereshchagin号（360t、ロシア科学アカデミーシベリア支部が運営管理）を用いて、ロシア・バイカル湖の熱分解起源メタンが湧出する地点での試料採取を実施する。次年度使用額については、この調査船の傭船料に全額をあてる。
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