【研究領域課題番号】19K21893 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ルビジウム / 分子地球化学 / 同位体分析 / XAFS / 同位体比 / 粘土鉱物 / 雲母 / 堆積物 / 海洋堆積物 / 層状珪酸塩 / EXAFS

【研究成果の概要】

分子地球化学の重要な役割の１つに、元素の性質や化学反応特性に基づいて、化学種が変化する反応に着目することで新しい同位体ツールを開発することがある。これまで、ルビジウムイオン（Rb）や他のアルカリ金属イオンは反応性が非常に低いと認識されており、水－岩石相互作用におけるRbの同位体分別に関する研究は殆ど行われていない。しかし、層状珪酸塩との相互作用を考えると、アルカリ金属の反応性は低いとは言えない。 実際に、広域X線吸収微細構造（EXAFS）の分析から、セシウム（Cs）は2：1型層状珪酸塩（バーミキュライト、モンモリロナイト、イライト）に内圏錯体として吸着されることが分かっている。この特異的な吸着構造はCsのイオン半径に起因すると考えられているため、Csとイオン半径が近いRbも同様の層状珪酸塩上で内圏錯体を形成すると予測した。その結果本研究では、層状珪酸塩に対するRbの吸着において、バーミキュライトなどのように内圏錯体を形成する際に、Rb安定同位体比（δ87/85Rb）が分別し、固相側でRb同位体が軽くなることが分かった。一方で、外圏錯体として吸着されるスメクタイトの場合には、同位体分別が生じないことが判明した。さらに各種標準岩石と海水に対してRb同位体比を測定したところ、層状ケイ酸塩が多く含まれる堆積岩において、Rb同位体が海水に対して軽くなることが分かった。一方、陸水（琵琶湖）の堆積物では、火成岩より低い同位体比を示し、これも陸水系での同位体分別を仮定すれば、室内吸着実験から合理的に説明可能である。これらの発見から、Rb同位体比は水-岩石比などにより決定される可能性がある。これらは、吸着構造からの予想される同位体分別が実際の環境中で起こり、それが地球化学ツールとして有効であることを示すことになるため、分子地球化学的研究の典型例として注目される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2023-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15H02149 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学種解明 / 同位体分別 / モリブデン / 吸着構造 / XAFS / 同位体分析 / 化学種解析 / ＸＡＦＳ / 同位体 / 化学種 / EXAFS / 同位体比 / XAFS分析 / 微量元素 / 亜鉛 / ゲルマニウム

【研究成果の概要】

天然試料やその模擬系での元素の分配と化学種を調べ、その化学種の特徴から同位体分別の向きや程度を予測し、いくつかの系で予想に近い同位体分別を観測した。これらの同位体系は、日本初の新しい地球化学ツールとして利用されることが期待される。例えば、溶液中の溶存タングステン酸と水酸化鉄・マンガン酸化物への吸着態との間で同位体分別が起こることを化学種解析から予想し、実際に0.8‰程度の同位体分別を観測した。同様にゲルマニウム、ルビジウムなどで新しい同位体分別系が地球の進化史の解明などで有用であることが示された。また鉄の気化に伴う同位体分別を解明し、エアロゾル中の鉄の起源解析に有効であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】22224011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学種解明 / XAFS / モリブデン / タングステン / セリウム異常 / 酸化還元状態 / セレン / ヒ素 / 分子地球化学 / X線吸収微細構造 / セリウム / 同位体比 / 吸着構造 / バライト / バクテリア / 希土類元素 / バイオマーカー / リン酸 / DNA / 生体必須元素 / 内圏錯体 / 外圏錯体 / 水酸化鉄 / マンガン酸化物

【研究成果の概要】

本研究では、XAFS法などにより固液界面での元素の局所構造を調べる（化学種解析）ことで、海洋での微量元素の固相への吸着反応に伴う元素の固液分配や同位体分別のメカニズム解明を解明し、それに基づいた精密な古海洋の酸化還元状態解析や海洋の酸化還元環境の変化に伴う元素の溶解度の変化などに関する研究を行った。その結果、Mo同位体比とW同位体比の複合的利用、Ce安定同位体比とCe異常の複合的利用、バライト中のセレンやヒ素の価数の比較などから、試料が生成した時の酸化還元状態をより定量的に推定できることを明らかにした。また固液界面への吸着構造とイオンの溶解性に明確な関係を見出し、その系統的理解を進めた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】70,850千円 (直接経費: 54,500千円、間接経費: 16,350千円)