ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No6

概要

日本結晶学会誌Vol59No6

奥地拓生,プレジャブナランゴー，富岡尚敬含水wadsleyiteのH 2O濃度は，これまでは赤外分光または二次イオン質量分析によって測定されてきた．その値とX線回折によって決定される格子定数比b/aとが直線的な関係にあることが報告されており，つまり正確な格子定数がわかれば，そこからもH 2O濃度を独立に推定することができる. 28）図3の点線は，結晶を砕いて行ったX線粉末回折の結果からH 2O濃度（＝1.35重量％）を推定したうえで，そのすべてのH +を今回観測したM3サイトに置いた場合の価数である．この値がd min???0.325における単結晶中性子回折の解析結果と一致した．やはり，中性子回折で観測したサイト以外の場所には，含水wadsleyiteのH +は存在しないのである．含水wadsleyiteが最大限受け入れることができるH 2Oの濃度は，以上の結晶構造の議論から厳密に制限される．つまりその唯一の水素サイトは，3.33重量％のH 2Oを受け入れることで完全に置換されてしまう.7）,10）このような制約は，含水wadsleyiteの構造にユニークなものであり，例えば含水rignwoodite 14）の構造に対してはまったく当てはまらない．2つの構造の間における水素置換サイトの差異は，それらの物性への水の影響を考えるうえで重要な意味をもつ．この先の議論は本稿の主題である結晶構造解析からは少し外れるので，その詳細については原論文を参照されたい. 16）4．おわりにパルス中性子を使った単結晶中性子回折法が，1 mm以下の大きさの合成結晶中の1重量％のレベルのH 2Oを正確に定量できる手法であることが，以上の構造解析の成功によって明確になった．これは今後の注目されるべき応用法の1つであろう．一方でパルス中性子を使った粉末回折法でも，水が10重量％のレベルで構造中に含まれており，さらに完全重水素化を始めとする試料の品質が充分に確保されている場合には，含水量を正確に定量することができるようになってきた. 29）,30）以上の進展を踏まえた次のステップとして，得られた含水鉱物の構造の情報を，含水鉱物の水素輸送現象の理解のために活用する研究を，われわれはいま進めている．この次のステップに使っている道具もやはりパルス中性子であるが，その使い方は回折が目的ではない（中性子準弾性散乱）．今後の研究の進展に改めてご期待をいただきたい．謝辞本研究はSpallation Neutron Source, Oak Ridge NationalLaboratoryのX. P. Wang博士，C. Hoffmann博士の支援を受けて行われました．また本研究はJSPS科研費26287135，17H01172の助成を受けたものです．文献1）A. B. Thompson: Nature 358, 295（1992）.2）E. Ohtani, K. Litasov, T. Hosoya, T. Kubo and T. Kondo: Phys.Earth Planet. Inter. 143, 255（2004）.3）T. R. A. Song, D. V. Helmberger and S. P. Grand: Nature 427, 530（2004）.4）A. Pommier: Surv. Geophys. 35, 41（2014）.5）D. Bercovici and S. Karato: Nature 425, 39（2003）.6）D. G. Pearson, F. E. Brenker, F. Nestola, J. McNeill, L. Nasdala, M.T. Hutchison, S. Matveev, K. Mather, G. Silversmit, S. Schmitz, B.Vekemans and L. Vincze: Nature 507, 221（2014）.7）T. Inoue, H. Yurimoto and Y. Kudoh: Geophys. Res. Lett. 22, 117（1995）8）D. L. Kohlstedt, H. Keppler and D. C. Rubie: Contrib. Mineral.Petrol. 123, 345（1996）.9）J. R. Smyth: Am. Mineral. 72, 1051（1987）.10）J. R. Smyth: Am. Mineral. 79, 1021（1994）.11）Y. Kudoh, T. Inoue and H. Arashi: Phys. Chem. Miner. 23, 461（1996）.12）Y. Kudoh, T. Kuribayashi, H. Mizobata and E. Ohtani: Phys. Chem.Miner. 27, 474（2000）.13）A. Sano-Furukawa, T. Kuribayashi, K. Komatsu, T. Yagi and E.Ohtani: Phys. Earth Planet. Inter. 189, 56（2011）.14）N. Purevjav, T. Okuchi, N. Tomioka, J. Abe and S. Harjo: Geophys.Res. Lett. 41, 6718（2014）.15）Z. Mao, J. F. Lin, S. D. Jacobsen, T. S. Duffy, Y. Y. Chang, J. R.Smyth, D. J. Frost, E. H. Hauri and V. B. Prakapenka: Earth Planet.Sci. Lett. 331, 112（2012）.16）N. Purevjav, T. Okuchi, N. Tomioka, X. Wang and C. Hoffmann:Sci. Rep. 6, 34988（2016）.17）T. Okuchi, N. Purevjav, N. Tomioka, J. F. Lin, T. Kuribayashi,L. Schoneveld, H. Hwang, N. Sakamoto, N. Kawasaki and H.Yurimoto: Am. Mineral. 100, 1483（2015）.18）J. R. Smyth, T. Kawamoto, S. D. Jacobsen, R. J. Swope, R. L.Hervig and J. R. Holloway: Am. Mineral. 82, 270（1997）.19）M. R. V. Jorgensen, V. R. Hathwar, M. Sist, X. Wang, C. M.Hoffmann, A. L. Briseno, J. Overgaard and B. B. Iversen: ActaCryst. A 70, 679（2014）.20）神山崇：高圧力の科学と技術14, 103（2004）.21）G. Artioli, R. Rinaldi, C. C. Wilson and P. F. Zanazzi: Acta Cryst. B51, 733（1995）.22）G. D. Gatta, G. J. McIntyre, R. Sassi, N. Rotiroti and A. Pavese: Am.Mineral. 96, 34（2011）.23）J. Zikovsky, P. F. Peterson, X. P. Wang, M. Frost and C. M.Hoffmann: J. Appl. Crystallogr. 44, 418（2011）.24）A. J. Schultz, M. R. V. Jorgensen, X. Wang, R. L. Mikkelson, D.J. Mikkelson, V. E. Lynch, P. F. Peterson, M. L. Green and C. M.Hoffmann: J. Appl. Crystallogr. 47, 915（2014）.25）A. C. Larson and R. B. Von Dreele: Los Alamos NationalLaboratory Report LAUR 86, 748（2004）.26）A. C. Larson: Acta Cryst. 23, 664（1967）.27）K. Momma and F. Izumi: J. Appl. Cryst. 44, 1272（2011）.28）S. D. Jacobsen, S. Demouchy, D. J. Frost, T. B. Ballaran and J. A.Kung: Am. Mineral. 90, 61（2005）.29）N. Tomioka, T. Okuchi, N. Purevjav, J. Abe and S. Harjo: Phys.Chem. Miner. 43, 267（2016）.30）奥地拓生,富岡尚敬,プレジャブナランゴー：高圧力の科学と技術26, 140（2016）.314日本結晶学会誌第59巻第6号（2017）