含水地球深部物質の高温高圧下での相転移を水素原子周囲の局所構造から理解する

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15340190
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鍵 裕之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (70233666)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奈良 雅之 東京医科歯科大学, 教養部, 助教授 (90301168) ; 角森 史昭 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (60291928)
• Keywords: 水素結合 / 地球内部 / 含水鉱物 / ダイヤモンドアンビル / 赤外分光 / その場観察

Research Abstract

今年度は、外熱式ダイヤモンドアンビルセル)の設計と製作を進めた。これまで申請代表者と分担者奈良、山本が用いていたダイヤモンドアンビルセルは、クランプ式で、高圧力発生後に加圧ケースから取り出して、圧力を保持した状態で容易に赤外吸収スペクトルやラマンスペクトルの測定を行うことができた。本研究で採用する高圧発生装置も、基本的にはこれまで申請者らが用いていたセルのデザインを踏襲する。今回、新たにダイヤモンドアンビルの周囲に熱線を巻くスペースをつくり、さらにセルの周囲に冷却ジャケットを巻き、セル自体が過熱して機械的な精度が低下する現象を防ぐことにした。発生した圧力の測定や、試料の種々の振動スペクトルの測定は東京大学に既存の顕微ラマン分光装置を用いることで実現できる予定である。
また、新たに一体型の顕微赤外分光装置を設計、導入した。これまで申請者らが利用していた顕微FTIR装置は、f値が高い光学系であるため、明るく、微小な試料たとえば岩石中の流体包有物のスペクトルを感度よく測定することに威力を発揮していた。しかし、この光学系は長いワーキングディスタンスを要求する外熱式ダイヤモンドアンビルセルの使用にはひじょうに不利となる。そこで市販の一体型顕微赤外分光装置を改良し、(1)試料部分のワーキングディスタンスを十分に取る、(2)同軸でレーザー光を導入し、圧力の同時測定を可能とする、以上2点を実現する予定である。現在装置の調整中で、来年度には本格的に稼働の予定である。これらの装置立ち上げのかたわら、中性子回折による重炭酸イオンの高圧下での構造変化、分光法による二酸化炭素流体の高圧下での構造変化の観察などによって研究成果を上げることができた。

Research Products

• [Publications] Kagi H., Nagai T., Loveday J.S., Wada C., Parise J.B.: "Pressure-induced phase transformations of kalicinite (KHCO_3) at 2.8 GPa and local structural changes around hydrogen atoms."American Mineralogist. 88. 1446-1451 (2003)
• [Publications] Nagai T., Kagi H., Yamanaka T.: "Compression mechanism and variation of interatomic distance in geothite at high pressure."American Mineralogist. 88. 1423-1427 (2003)
• [Publications] Kawakami Y., Yamamoto J., Kagi H.: "Micro-Raman densimeter for CO_2 inclusions in mantle-derived minerals."Applied Spectroscopy. 57. 1333-1339 (2003)
• [Publications] Zedgenizov D.A., Kagi H., Shatsky V.S., Sobolev N.V.: "Carbonatitic melts in cuboid diamonds from Udachnaya kimberlite pipe (Yakutia) : evidence from vibrational spectroscopy."Mineralogical Magazine. (印刷中). (2004)
• [Publications] Tsuno, H., Kagi, H., Takahashi Y., Akagi T., Nomura M.: "Incorporation of divalent ytterbium in synthesized crystals of calcite."Chemistry Letters. 32. 500-501 (2003)
• [Publications] Yamamoto J., Kaneoka I., Nakai S., Kagi H., Prikho'ko V.S., Arai S.: "Extremely low ^3He/^4He and relatively low ^<40>Ar/^<36>Ar ratios observed in ultramafic mantle xenoliths from far eastern Siberia : Evidence for incorporation of recycled components into the subcontinental mantle."Chemical Geology. (印刷中). (2004)
• [Publications] 鍵 裕之: "固体地球物質の化学と同位体組成、マントル・地殻の地球化学(分担執筆)"培風館. 23-51 (2003)