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論文 |
論文
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奥野, 正幸 ; Okuno, Masayuki
概要:
金沢大学理工学域自然システム学系<br />原始地球上の生命原料物質として、含水非晶質シリカ（シリカゲル）とアミノ酸の複合体を仮定し、ゾル－ゲル法を用いて合成に成功した。アミノ酸としては、地球の珪藻などの原始生命体にも含まれる、L-アラニン
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、L-セリンを用いた。合成した複合体中では、アミノ酸はシリカゲルと混合し、結晶相及び溶液相として存在することを始めて明らかにした。さらに、合成した複合体を彗星核のモデル物質と仮定し、衝撃圧縮実験を実施し、地球衝突時に彗星中のアミノ酸が分解せずに地表に到達することを明らかにした。これは、宇宙空間で生成した生命材料物質が彗星の衝突によって地球にもたらされた可能性を指示す独創的な成果である。<br />I synthesized silica gel-amino acids (L-alanine, L-serine) complexes as basic life materials of original earth life by the sol-gel method. L-alanine and L-serine are included in original earth lives such as diatoms. I revealed also that amino acids are well mixed in this hybrid phase and exist as crystalline and solution phases. The synthetic hybrid materials could be considered as a good model material for comet nuclei. The shock compression experiments for these complexes have been performed and a possibility that amino acids in the comet could reach on the Earth without decomposition. These results may suggest that the impact of comet with life material derived original rife materials.<br />研究課題/領域番号:24654172, 研究期間(年度):2012-04-01 – 2015-03-31
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論文 |
論文
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奥野, 正幸 ; Okuno, Masayuki
概要:
本研究では、珪酸塩ガラスの高圧力下でのナノ構造の変化を明らかにし、地殻下部・マントル上部におけるマグマの挙動及び隕石衝突時の構造変化についての情報を得ることを目的とし、以下のような研究を行った。 1.SiO2ガラスについて静水圧による圧縮実
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験を行い、15GPaまでの圧縮で約28%の密度増加を確認し、それが、非架橋酸素を持つSiO_4四面体の小さなリング構造(3、4員環)の増加によることを明らかにした、この密度増加は、従来の我々の研究で明らかにした衝撃圧縮での密度増加より大きい。さらに、SiO_2,にGeO_2を加えたガラスについても衝撃圧縮を行い、GeO_2成分の増加に伴い構造変化が起こる圧力が低下することを明らかにした。 2.CaSiO_3-MgSiO_3,組成ガラスの静水圧縮及び衝撃圧縮実験を行い、構造変化をX線回折法、ラマン分光法ならびに分子動力学計算によって調べた。その結果、静水圧での圧縮では7.5GPaで5%前後の密度増加が観測され、X線回折測定、ラマン分光測定ならびに分子動力学計算の結果から、SiO_4四面体の3,4員環の増加が密度増加に寄与していることが明らかとなった。他方、衝撃圧縮では、これらのガラスは殆ど密度増加を示さず、衝撃圧縮ではSiO_4四面体の3,4員環が生成せず圧力の開放とともに構造緩和が起こり密度が変化しなかったと考えられる。 3.オパール試料について、38GPaまでの衝撃実験を行い、そのナノ構造の変化を明らかにした。その結果、オパールは20-30GPaの圧縮で約10%密度が増加し、より高圧では再び密度が減少することを見出した。X線測定の結果から、衝撃圧縮により結晶様の構造が失われ無秩序構造に変化することを明らかにした。 4.上記の研究の多くは、国内学会をはじめ2006年には国際鉱物学連合(IMA)で発表し、学術論文などとして公表した。<br />In order to obtain information for magma at lower crust and upper mantle regions and structural changes of glass materials by meteorite impacts, the following studies for the nano-structure change of silicate glass under high pressure condition were carried out.1. SiO_2 glass was compressed under static high pressure up 15 GPa, about 28% of density increase was observed. It was concluded that formations of 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons with non bridging oxygen are responsible for the density increase. SiO_2-GeO_2 glasses were also compressed by shock experiments. Increase of GeO_2 component accelerates their structure change.2. The structures changes of CaSiO_3-MgSiO_3 glasses compressed by static and shock compression were investigated by X-ray diffraction measurements, Raman spectroscopy and Molecular dynamics calculations. About 5% of density increase by static compression of 7.5 GPa was observed. Ii is suggested that this density increase caused by the formations of 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons. On the other hand, Almost no density increases were observed for shock compressed CaSiO_3-MgSiO_3 glasses. This fact may indicate that 3,4 membered rings of SiO_4 tetrahedrons may not be formed by shock compression and compressed structure was relaxed by pressure release and subsequent temperature increase.3. Structural change of opal nano-structure by shock compression was investigated. About 10% of density increase of opal at 20-30 GPa and density decrease at higher pressure. By X-ray diffraction measurements, the crystalline part of opal was change to amorphous state by shock. By IR spectroscopy, OH of opal decrease and frequency of OH band changed toward higher wavenumver were investigated.4. The results of these studies were presented at National and International Meetings such as IMA and also published as scientific papers.<br />研究課題/領域番号:15340185, 研究期間(年度):2003–2006<br />出典：「珪酸塩ガラスの静的及び動的圧縮によるナノ構造と物性の変化」研究成果報告書 課題番号15340185 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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論文 |
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奥野, 正幸 ; Okuno, Masayuki
概要:
本研究は鉱物結晶の融解および結晶化の現象を融液の側からその構造・組織ならびに組成の変化に注目し明らかにしたものである。主として、次のような研究を行った。 (1)ガラス構造の解析 まず、マグマの主成分であるAl_2O_3-SiO_2系のガラス
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を作成し、その構造を明らかにした。その結果、殆どのAl原子は4配位をとり、わずかに6配位のものが存在することが明らかになった。この結果は、モンテカルロ法によるシミュレーション計算結果ともよい一致を示した。また、斜長石組成(NaAlSi_3O_8-CaAl_2Si_2O_8)のガラスの構造を詳細に調べた。その結果、Ca,Alの増加に伴って、密度上昇とモル体積の減少がみられそれらは、ガラス構造中のT-O-T角(T=Si,Al)の減少に対応すること分かった。 (2)珪酸塩融液からの結晶相の晶出の関する研究 まず、ブラウン管ガラス中に生じたSbに富む数ミクロンの結晶相を調べ、それがromeiteであることを明らかにした。また、romeiteを含む微小なよりSbに冨むガラス相の構造を解析することによりSbがガラスのネットワーク構造の擾乱を引き起していることが明らかになった。このネットワーク構造の乱れが、romeite結晶の晶出に関係していると推測された。また、融液と微小結晶が共存していたと考えられる天然の火山ガラス(黒曜石)の構造を解析した。分析の結果、火山ガラスは熔融ガラスと異なるサブミクロン・スケール構造を持っていることが明らかになった。これは、火山ガラスに含まれる、微小なクリスタライトに関係すると考えられる。続いて、2成分系の結晶化の数値実験を行い、それを火成岩の組織の生成過程に応用した。火山岩と深成岩の組織の小異は2桁に及ぶ冷却速度の違いが原因であることを明らかにした。 (3)上記の結果および関連研究の結果をまとめ、学術雑誌ならびに学会に発表・公表した。<br />Principle results on the study on magma crystallization and mineral melting processes were followed.a) Structural studies of glassesFirstly, The glass structures of Al_2O_3-SiO_2 system that is one of the principle components of magma were analyzed. Many Al atoms in these glasses have tetrahedra and the number of octahedral Al may be small. This result is consistent with the model structure derived from Monte Carlo Simulation. The structures of feldspar (NaAlSi_3O_8-CaAl_2Si_2O_8) glasses were also analyzed. From the observations, it was evident that the density increase and molar volume decrease with increases of Ca and Al atoms could be explained by decrease of T-O-T angle (T=Si, AL) in the glass structure.b) Study on crystallization of silicate meltSb rich μ size crystals in cathode ray tube glass were investigated by X-ray diffraction and Raman spectra measurements and revealed that this crystal had romeite type structure. The structure Sb rich glass phase surrounding romeite crystal was also analyzed. It was evident that the network structure of this glass was rather distorted and this distortion may relate to crystallization of romeite. The structure of natural volcanic glass (onsidian) which had liquid and small crystalline phases was also analyzed. Obtained results show that this obsidian has sub-μ size phase which is not included normal liquid phase. This phase may be related in crystallite phase in obsidian. Numerical experiments on crystallization for binary silicate system were adopted for study on formation process of textures of volcanic rocks. The texture differences between volcanic and plutonic rocks may be caused by their different cooling rate.c) These results were discussed by all project members and we prepared some scientific papers.<br />研究課題/領域番号:10440153, 研究期間(年度):1998–2000<br />出典：「マグマの結晶化と鉱物の融解過程の構造化学的研究」研究成果報告書 課題番号10440153(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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奥野, 正幸
概要:
本研究では、マグマの高温・高圧力下での原子レベルの構造とその物性を明らかにすることを目的とし、斜長石ガラスや火山ガラスについて、圧力・温度による構造変化などについて、以下のような研究を行った。 1、 まず、Si0_2組成ガラスを衝撃圧縮し、
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その構造変化をX線回折法、ラマン分光法により調べ、約25GPaの圧力まで高密度化し、それ以上の圧力では残留温度による密度低下が起きることを明らかにした。 2、 斜長石(NaAlSi_3O_8-CaAl_2Si_2O_8)組成のガラスを高圧力プレスを用いて、500℃で4GPa,7.7GPaの条件で圧縮した.これらのガラスの構造をラマン分光測定によって調べた。斜長石ガラスは高温高圧力下でまず、SiO_4及びAlO_4四面体のリング構造が小さくなり、続いてAl原子の配位数が4から6に変化することにより密度が増加することが明らかになった。また、CaAl_2Si_2O_8組成ガラスについては衝撃実験も行い、その密度増加がSiO_2ガラスに比べ小さく、SiO_4及びAlO_4四面体の3員環のみが関与しているととが明らかになった。これらの結果はAlを含むマグマでは、その高圧力下での挙動が含まないものと異なることを示し本研究において重要な意味をもつ。 3、 さらに、火山ガラス(Obsidian)についても、プレス及び衝撃圧縮による高圧実験を行い、X線回折法とラマン分光法による解析を行った。さらに、高温での構造変化をラマン分光法で調べた。その結果、火山ガラスはガラス構造を持つ部分と結晶類似のクリスタライトからなり、加熱や衝撃圧縮によって、ガラス構造を持つ部分が増大することが明らかになった。 4、 日本側担当者(奥野・木原)とフランス側の代表者(Reynard)が相互に訪問し、ともに研究成果についての討論を行い、研究を学術論文にまとめた。<br />Principle results on the structures of feldspar and volcanic glasses for analyzing structures and physical properties of magmas under high temperature and pressure conditions were followed.a) The shock-wave densification of SiO2 glass was analyzed by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. SiO2 glass was densified up to 25GPa and the density decreased upper pressure by high residual temperature.b) Feldspar (NaAlSi_3O_8 CaAl_2Si_2O8) glasses were compressed under 500^OC/4GPa and 7.7GPa by cubic press apparatus. The structures of these glasses were analyzed by Raman spectroscopy. From these observations, it was evident that the structure of plagioclase glass has smaller ring structure of TO_4 tetrahedra and the coordination numbers of Al atoms change from 4 to 6 under high temperature and high pressure conditions. Shock experiment for CaAl_2Si_2O_8 glass was also performed to reveal the density increase was smaller than that of SiO2 glass and this density increase was based on the increase of three membered rings of TO_4 tetrahedra. The annealing process of shock-wave denshified CaAl_2Si_2O_8 glass was also investigated by in-situ Raman spectroscopy. These results are very important to understand Al bearing magma.c) The structures of densified volcanic glasses obtained by shock and static compressions were investigated by Xray diffraction and Raman spectroscopy techniques. The densification of volcanic glass (about 9%) by 500^OC/7.7GPa static compression may be due to change from 6 and 5 membered ring of TO_4 tetrahedra dominant structure to 4 and 3 meinbered ring dominant structure. On the other hand, crystallites in the obsidian vitrified by shock-wave compression and the density did not increase but decrease at higher shock pressure(25 and 35GPa).d) These results were discussed in Japan and France by all project members and we prepared some scientific papers.<br />研究課題/領域番号:09044069, 研究期間(年度):1997–1998<br />出典：「マグマの構造と物性」研究成果報告書 課題番号09044069 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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