“赤い黒曜石”の正体 ～ラマン分光法を用いた黒曜石中の酸化反応組織の解析～

“红黑曜石”的真实身份～利用拉曼光谱分析黑曜石中的氧化反应结构～

• 批准号: 16H00327
• 负责人: 佐野 恭平
• 金额: $ 0.35万
• 依托单位: 北海道紋別郡遠軽町役場総務部ジオパーク推進課
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16H00327/
• 关键词: 黒曜石; 酸化組織; ラマン分光

高粘性マグマが爆発・非爆発噴火に至る過程を理解する上で、マグマが経験する脱ガス・酸化のプロセスを示す物質科学的な証拠を得ることは重要である。本研究の目的は、ラマン分光法を用いて黒曜石にみられる酸化反応組織のガラス及び含まれる鉄チタン酸化物結晶のラマンスペクトルを取得し、“赤い”黒曜石に見られる赤色酸化組織の形成過程を明らかにすることである。本研究で用いた試料は、北海道遠軽町白滝地域に産する赤石山山頂部溶岩の赤色及び黒色な黒曜石である。これらを肉眼スケールでの酸化組織の違いに基づき岩石試料を採取し、分析を行った。神戸大学研究基盤センター所有の顕微レーザーラマン分光分析装置(日本分光社製NRS-7100)を用いて分析を行った。得られたラマンスペクトルと先行研究との比較から、鉄チタン酸化物はマグネタイト・ヘマタイトと同定された。また、赤色及び黒色部ではマグネタイトとヘマタイトがそれぞれ共存していることが明らかとなった。一方、ガラス部分のラマンスペクトルは450～500[cm^<-1>]と650～700[cm^<-1>]にそれぞれブロードなピークが現れることから、酸化状態に対応したガラスのネットワーク構造をこれらの波数領域が反映していると考えられる。顕微鏡観察およびラマン分光分析の結果から、黒曜石の赤色酸化組織の形成過程を考察した。歪によるメルトの破砕により開放系脱ガスが起こり、破砕部分は酸化し、ナノスケールのヘマタイトが晶出した。破砕を免れたメルトはこの時酸素と接触し、一部赤色酸化した。破砕部は非破砕部のメルトを取り込みながら、破砕・酸化と焼きなまし(annealing)を繰り返し、不均質な酸化組織を形成し、最終的に溶岩として定置した。肉眼での橙色及び赤色の違いは、破砕によるナノスケールのヘマタイトの晶出(橙色部)と、破砕を免れた部分の酸化(赤色部)を反映していると考えられる。

在理解高度粘性岩浆导致爆炸和非探索爆发的过程时，重要的是要获得实质性的科学证据，以显示岩浆所经历的脱气和氧化过程。这项研究的目的是获得在黑曜石和含有拉曼光谱的氧化二钛晶体中看到的氧化反应结构的拉曼光谱，并阐明形成在“红色”黑曜石中看到的红色氧化结构的过程。这项研究中使用的样品是来自Akaishiyama山顶的熔岩中的红和黑黑曜石，该山顶是在北海道镇的Shirataki地区生产的。使用不同的氧化组织在总尺度上收集并分析这些。使用微观激光拉曼光谱分析仪（NRS-7100由Nippon Spectroscopy Co.，Ltd。生产的NRS-7100）进行了分析。从获得的拉曼光谱与先前的研究之间的比较中，氧化铁氧化铁被确定为磁铁矿赤铁矿。还发现，磁铁矿和赤铁矿在红色和黑色区域共存。另一方面，玻璃部分的拉曼光谱在450-500 [cm^<-1>]和650-700 [CM^<-1>]中显示宽峰，并且认为这些波数区域反映了与氧化状态相对应的玻璃的网络结构。从微观观察和拉曼光谱的结果中检查了红色氧化黑曜石组织的形成过程。由应变引起的熔体断裂，导致碎片部分氧化，导致纳米级赤铁矿结晶。熔体已免于压碎，此时与氧气接触并部分氧化了红色。碎部分反复粉碎，氧化和退火，同时从非磨损部分融化，形成不均匀的氧化结构，并最终将其设置为熔岩。人们认为橙色和红色与肉眼之间的差异反映了由于压碎和已因压碎（红色部分）而幸免的零件的氧化而导致纳米级赤铁矿（橙色部分）的结晶。

项目成果

Raman spectroscopy applied to reveal the oxidation state of the “Red” obsidian from Shirataki, Hokkaido, Japan

应用拉曼光谱揭示日本北海道白泷“红色”黑曜石的氧化态

• 发表时间: 2017
• 作者: 佐野恭平・佐藤鋭一・和田恵治