高温高圧実験と有機反応解析によるスラブにおける堆積物有機物を介した炭素循環の解明

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地球表層から地球深部へと物質が供給される唯一の領域である沈み込むスラブにおいて、堆積物有機物は二酸化炭素などの揮発性流体や炭酸塩鉱物などの無機鉱物と並ぶ重要な炭素のリザーバーであり、その安定性や化学反応を理解することは、全地球規模での炭素循環の解明のために必要不可欠である。本研究では堆積物有機物の重要な構成要素である炭化水素に着目し、スラブに相当する高温高圧条件での炭化水素の安定性や化学反応を明らかにすることで、地球表層から深部への堆積物有機物を介した炭素循環メカニズムの理解に寄与することを目標としている。計画初年度の本年度はスラブの高温高圧条件を想定した室内実験を進め、長鎖アルカンやアルケンをはじめとするいくつかの有機物をモデル物質として用い、化学反応が起きる温度圧力条件を評価し、さらに反応により得られる生成物を調べることでその反応機構を検討した。ダイヤモンドアンビルセルやピストンシリンダーを用いた高温高圧実験および、高温高圧下その場ラマン測定や、回収試料のラマン・赤外分光測定、さらにはGC/MSをはじめとするいくつかの質量分析法により反応が起きた温度条件を調べ、反応生成物を定性、定量的に評価した。その結果を基に、反応メカニズム、それらに対する圧力依存性を検討した。特に、長鎖アルカンの高温高圧下における反応速度と、化学反応メカニズム、さらにその圧力依存性を明らかにし、学会での発表、国際学術誌での成果発表を行った。