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アンモニアの表面吸着反応からアプローチする彗星の異常な窒素同位体比の謎

从氨表面吸附反应揭开彗星异常氮同位素比之谜

基本信息

批准号：
16K13916
负责人：
菅原春菜
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、彗星やコンドライトなどの始原的太陽系物質のもつ非常に高い窒素安定同位体比（δ15N, ‰：地球大気の15N/14N比に対する千分率）について、その形成プロセス解明のための新たなアプローチとして、アンモニアの表面吸着反応に着目した。アンモニアは始原的な窒素分子であり、星間分子雲から太陽系に至るまで豊富に存在する。本研究では、アンモニアの表面吸着反応に伴う窒素同位体分別について明らかにすべくアンモニアガスと吸着剤を用いた吸着実験を行った。当該年度ではまず、吸着実験に向け、吸着したアンモニアの元素分析-同位体比質量分析計 (EA-IRMS)を用いた極微量窒素同位体比測定法の最適化を行った。その結果、アンモニアがわずかに吸着した試料（<0.05 wt.%）や水を含む試料についても、そのδ15N値の測定が可能になった。さらに、確立した分析手法を用いて室温環境でアンモニアガスの吸着実験を行った。実験にはケイ酸塩鉱物であり、代表的な吸着剤でもあるモンモリロナイト、サポナイト等を用いた。その結果、アンモニアの吸着に伴い大きな窒素同位体分別が生じること、また吸着率と窒素同位体分別との間に負の相関が見られることが明らかになった。さらに、X線回折（XRD）分析の結果から、アンモニアの吸着により鉱物の層間距離が広がることから、層間空間が主要な吸着場となっていることもわかった。本成果については国内外の学会で発表すると共に、国際誌に受理された。星間環境での検証に関しては温度や濃度などまだ検証すべき課題があるが、本研究により、吸着という素過程が窒素同位体分別を引き起こすこと、またアンモニアの吸着が鉱物表面への15Nの濃集の要因となりうることが明らかになった。

In this study, the initial solar system matter of comets and comets has a very high stable isotope ratio (δ15N, ‰: 15N/14N ratio of Earth's atmosphere). The original molecular cloud, the interplanetary molecular cloud, the solar system, and the abundance of the elements exist In this study, the surface adsorption reaction of the isotope was carried out separately. Elemental Analysis-Isotope Ratio Mass Analyzer (EA-IRMS) was used to optimize the method for determining the isotope ratio of fine particles during the year. Results: Sorption test sample (<0.05 wt.%) It is possible to determine the δ15N value of the water containing sample. In addition, the analytical method is established by using the room temperature environment. In the case of acid, it is used as a representative of adsorption agent. The results show that the absorption rate of the two isotopes is higher than that of the other isotopes. X-ray diffraction (XRD) analysis results show that the interlayer distance of the adsorbed substance is different from that of the main adsorption field. This achievement is accepted by both domestic and international societies. In this study, the main factors for the concentration of 15N on the surface of a satellite are the adsorption and desorption processes, respectively.