Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

水素結合 / 高圧 / 中性子回折 / 振動分光 / 重炭酸 / マントル / ラマンスペクトル / 赤外スペクトル / 相転移 / 流体 / 水 / ダイヤモンド / 地球内部 / 分光学

地球内部物質、特に上部マントルを構成する物質には水が構造中に取りこまれる。水素の取りこみによって、地球内部の溶融関係、岩石の変形挙動などに大きな変化が起こりうることが知られている。
本研究では含水ケイ酸塩鉱物をはじめとするさまざまな含水素物質の高圧での物性変化を分光学的手法や中性子回折のその場観察で明らかにすることができた。特に研究の後期においてカリウム重炭素塩の高圧下での相転稼を見いだすことができた。詳細は冊子体を参照されたい

ケイ酸塩鉱物 / 水 / ヒドロキシルイオン / 赤外スペクトル / プロトン / イオン照射

今年度は、ヒドロキシルイオン及び水の存在量をあらかじめ赤外吸収スペクトルによって調査済みである石英ガラス、石英ならびにかんらん石について、筑波大学加速器センターのタンデム型ヴァンデグラフ加速器によってプロトンの照射を行った。プロトンの照射エネルギーは6から12MeVで、照射量は10^<16>から10^<17>プロトン程度である。
その結果、石英ガラスについては照射後も、照射前と変わらずヒドロキシルイオンによる赤外吸収はブロードなバンドであることがわかった。それに対して石英決勝では、照射前はシャープな吸収がスプリットした状態で観測され、照射後は石英ガラスに近いブロードな吸収が観測されるようになった。この現象は、照射前にはヒドロキシルイオンがいくつかのサイトに分かれて石英結晶中で存在しており、プロトンの照射によって結晶構造が乱されてヒドロキシルイオンの存在状態が平均化されて、赤外吸収がブロードになったことに起因すると考えられる。対照的にガラス状態の石英ではプロトンの照射前後によってヒドロキシルイオン周囲の環境はほとんど変化していないことが示唆される。現在は、低温でのプロトン照射を行い、この現象が液体窒素温度でも再現されるかを調査中である。
今後は、砂漠あるいは惑星間塵の微小結晶を対象に顕微赤外分光によってヒドロキシルイオンの存在状態を考察する予定である。

不透明鉱物 / 近赤外顕微鏡 / モリブデナイト / Re-Os年代 / FTIR / 水 / 水素結合 / 近赤外 / 顕微鏡 / 鉱物 / 赤外スペクトル

本研究では,可視光において不透明な鉱物の内部組織を観察するうえで,近赤外領域での観察が有用であることを確認し,以下の3つの柱で研究を推進した。
1.近赤外顕微鏡とFTIRとの接続実験:市販の近赤外カメラ付顕微鏡とFTIRとの接続を試みた。近赤外顕微鏡鏡筒部から光を導出し,凹面ミラーで平行光にし,FTIR発光測定用ポートに導入した。この方法により,近赤外カメラでとらえた画像から絞りを用いてある領域からの光を抽出し,スペクトル測定を行うことが可能となった。
2.モリブデナイトの変質と近赤外スペクトル及びRe-Os年代との関係:CaCl_2,AlCl_3,NaCl,NaHCO_3水溶液,及び純水中で180度,20日間の条件でモリブデナイトの変質実験を行った。後3者では近赤外光に対する透過度に変化は見られなかったが,前2者では透過度が増加する部分が観察され,また,赤外領域の3250cm^<-1>付近に現れている吸収端が近赤外と可視光の境界へ移動したことが観察された。これは変質によってモリブデナイトのバンドギャップが大きくなったことを示している。また,モリブデナイトの近赤外光に対する透過度の増加は必ずしもRe-Os系の乱れと対応していないことが判明した。
3.近赤外光を用いた鉱物中の分子水の構造解明:近赤外吸収スペクトルが,OHイオンが共存する天然試料において,水分子のみからの情報を抽出できることを示した。ここでは天然ダイヤモンドの近赤外吸収スペクトルを感度よく測定し,ダイヤモンド中に水の高圧相である氷が存在することを見出した。

【研究分担者】
奈良雅之	機能水研究所	博士研究員
足立守	名古屋大学	大学院・理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
若槻雅男	筑波大学	物質工学系	教授	(Kakenデータベース)
岡田昭彦	理化学研究所	表面解析室	副主任研究員
鈴木勝彦	東京大学	教養学部	助手	(Kakenデータベース)