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Scientific Reports volume 12、記事番号: 20240 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

揮発性物質を含む水性液体を伴う高圧高温合成は、通常、気密に溶接された密閉された貴金属カプセルにサンプルを封入することによって行われます。質量分析で分析するには、そこから大量の揮発性成分を抽出する必要があります。分析は再現不可能です。 ここでは、地質学的に興味深い条件（1 GPa、800 °C）で黒鉛で平衡化された液体 H2O-CO2 混合物に焦点を当て、密封されたカプセル内で揮発性物質の同定と定量的推定を直接確実に行う新しい非破壊手法について説明します。 高エネルギー (77 keV) シンクロトロン X 線放射とクライオスタットを組み合わせて、-180 °C までの揮発性物質を含むサンプルの X 線回折パターンと X 線回折顕微鏡断層撮影断面を作成しました。結晶相、つまり固体 CO2 と包接化合物 (CO2 水和物) が形成される条件。 この方法の不確実性は 15 mol% 未満であり、これは回折データのリートベルト精密化とマイクロトモグラムの画像解析の両方によって推定された揮発性成分と、四重極質量分析法によって測定された基準値との差を反映しています。 したがって、私たちの方法は、凍結した H2O-CO2 混合物の分析に確実に適用でき、さらに、CH4、SO2、H2S などの他の揮発性物質を含む地質学的に興味深い実験流体にも拡張できる可能性があります。

地球の主要な温室効果ガスである二酸化炭素は、さまざまな自然プロセスによって長い時間スケール (> 1 Ma) にわたって固体の地球と大気の間を循環します。 拡散脱ガスと火山噴出物は、地球内部で起こる脱揮反応の長い連鎖の最後のつながりです1。 沈み込んだリソスフェアにおける有機炭素質物質（すぐに黒鉛質炭素に変化）の酸​​化と堆積性炭酸塩鉱物2の脱炭酸は、おそらく深層炭素循環にCO2を供給する最も重要なプロセスである。 これは、例えば深さで CO2 放出反応が起こると考えられる環境条件を再現した高圧高温実験で示されています 3-5。 制御された酸化還元条件でのグラファイトの酸化によって生成される CO2 含有水性流体の合成と分析における最近の進歩により、広範囲の組成系を探索することが可能になりました。 炭素を含む水性流体を記述する最も単純な系である C-O-H 系では、純粋なグラファイトと平衡状態にある流体の組成が熱力学的予測と一致することが実証されています 6-8。 しかし、グラファイトの予測不可能な酸化挙動は、ケイ酸塩3、炭酸塩5、無秩序な形態のグラファイト6、または無秩序なレドックス緩衝材（NiO8など）を含むより複雑な系で報告されています。 これらの実験研究では、流体合成中の酸化還元状態は、堅牢で信頼性が高いことが証明されている、いわゆるダブルカプセル技術 9 を使用して常に制限されています。 ダブルカプセルは、通常、水素透過性の貴金属合金（Pt または Pd 含有合金）で作られ、実験用電荷を含む内側の溶接シャット カプセルと、酸化還元緩衝鉱物を含む外側の溶接シャット カプセルで構成されます。集合体（通常、金属 + 金属酸化物または金属酸化物 + 金属ケイ酸塩、金属の酸化状態が異なります）を水に浸漬します。 高圧および高温での実行中、水の解離と結合した緩衝鉱物集合体内の酸化還元反応により、外側のカプセル内の fO2 と fH2 が制限されます。 H2 の透過性により、内側のカプセルでも同じ fH2 が期待されます。 グラファイトの酸化を扱う場合、fH2 はグラファイトと水を含む内部カプセル内で生成される CO2 の量を制御します (「方法」を参照)。