高温高圧実験と先端質量分析から明らかにする下部マントルの窒素最大貯蔵量

窒素は地球大気の主成分であるものの、地球全体でみると相対的に枯渇している元素である (e.g., Marty et al., 2012)。この原因の一つとして、現在も地球深部に存在する鉱物に窒素が取り残されている可能性が提案されている。下部マントル（深さ66O km～）で最も多く存在するbridgmaniteの窒素溶解度に関しては近年複数報告があるものの(Yoshioka et al., 2018; Fukuyama et al., 2023)、下部マントルで2番目に多く存在するferripericlaseに関しては未だ報告がない。加えて、研究代表者の予備実験から最大で約130 ppm含まれることが分かっており、地球深部の窒素最大貯蔵量を大きく更新し得る鉱物であることが分かりつつある。上記のような背景から、本年度はferropericlaseの窒素溶解度に関する実験準備と後述するように実験を数多く行った。実験準備を進めていく中で、MgOと硝酸アンモニウムを混合して出発物質を作成すると、MgOと潮解性を持つ硝酸アンモニウムが反応することが分かった (Mg(OH)2+2NH4NO3→Mg(NO3)2+2NH3+H2O, Rodriguez and Zea (2015))。そこで、このような反応を防ぐため、内径1.1mmの試料カプセルにMgOと硝酸アンモニウムを仕切る金箔仕込んだ新たな試料構成を考案し、実験を進めた。結果として、元々技術的に難しい実験にさらに手間を加えることになり、試行錯誤を重ねることになった。しかしながら、2022年の6月下旬から博士学生として共同利用していた時期の4倍以上のペースで実験を行い、大気海洋研究所でのNanoSIMS分析に必要な試料が揃いつつある。他に、博士課程から取り組んでいたbridgmaniteの窒素溶解度に関する研究が、無事昨年度の3月にScientific Reportsに掲載された。

窒素は地球大気の主成分であるものの、地球全体でみると相対的に枯渇している元素である (e.g., Marty et al., 2012)。この原因の一つとして、現在も地球深部に存在する鉱物に窒素が取り残されている可能性が提案されている。下部マントル（深さ66O km～）で最も多く存在するbridgmaniteの窒素溶解度に関しては近年複数報告があるものの(Yoshioka et al., 2018; Fukuyama et al., 2023)、下部マントルで2番目に多く存在するferripericlaseに関しては未だ報告がない。加えて、研究代表者の予備実験から最大で約130 ppm含まれることが分かっており、地球深部の窒素最大貯蔵量を大きく更新し得る鉱物であることが分かりつつある。上記のような背景から、本年度はferropericlaseの窒素溶解度に関する実験準備と後述するように実験を数多く行った。実験準備を進めていく中で、MgOと硝酸アンモニウムを混合して出発物質を作成すると、MgOと潮解性を持つ硝酸アンモニウムが反応することが分かった (Mg(OH)2+2NH4NO3→Mg(NO3)2+2NH3+H2O, Rodriguez and Zea (2015))。そこで、このような反応を防ぐため、内径1.1mmの試料カプセルにMgOと硝酸アンモニウムを仕切る金箔仕込んだ新たな試料構成を考案し、実験を進めた。結果として、元々技術的に難しい実験にさらに手間を加えることになり、試行錯誤を重ねることになった。しかしながら、2022年の6月下旬から博士学生として共同利用していた時期の4倍以上のペースで実験を行い、大気海洋研究所でのNanoSIMS分析に必要な試料が揃いつつある。他に、博士課程から取り組んでいたbridgmaniteの窒素溶解度に関する研究が、無事昨年度の3月にScientific Reportsに掲載された。