氷点下温度域におけるクラスレート水和物―相平衡条件測定と結晶構造解析―

零下温度范围内的笼形水合物 - 相平衡条件测量和晶体结构分析 -

基本信息

批准号：
10J03623
负责人：
安田啓太
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では空気ハイドレートおよび窒素ハイドレート生成系の相平衡条件を測定した。南極やグリーンランドといった極地では積年降り積もった雪によって氷床と呼ばれる氷の層が形成されている。氷床の内部には雪が降り積もった当時の大気が保存されているため、氷床コアリングによって過去数十万年単位での気候変動を調査することができる。氷床の一定の深さ以上の部分では氷と空気が反応することによって空気ハイドレートが生成することが知られている。ハイドレートとはクラスレート水和物の略語であり、水分子が水素結合によって構成する籠状の構造の内部にゲスト分子と呼ばれる水とは異なる物質の分子を包み込むことで作る氷上の結晶のことを指す。内部に包み込まれる物質の名称を頭につけて呼ぶのが一般的であり、例えばメタンをゲスト物質とするハイドレートはメタンハイドレートと呼ばれる。空気ハイドレートは気候変動調査のための指標となるとともに、正確な年代測定の障壁となることが指摘されている。そのため、空気ハイドレートの物性・特性の把握が必要である。本研究では空気ハイドレートの物性・特性のうち、氷床での空気ハイドレートおよび窒素ハイドレート生成条件に対応する相平衡条件(温度・圧力・組成)を測定した。測定は氷床の温度域と対応するよう-30℃から0℃の範囲において行った。この温度域に対応する平衡圧力は6MPaから12MPaと測定された。空気・窒素ハイドレート生成系の相平衡条件よりも低温・高圧でハイドレートは安定に存在する。そのため、氷床中で相平衡条件が達成される深度において空気ハイドレートの生成が開始することが予測される。本研究で測定した相平衡条件と報告されている空気ハイドレート生成領域との間には相関関係があり、おおむね相平衡条件と生成が開始する領域とが一致していた。

在这项研究中，测量了空气水合物和氮水合物生产系统的相平衡条件。在南极洲和格陵兰岛等极地地区，多年积雪形成的冰层（称为冰盖）。由于降雪时的大气保存在冰盖内，冰芯使我们能够研究过去数十万年的气候变化。众所周知，空气水合物是由冰盖中一定深度以上的冰与空气之间的反应产生的。水合物是笼形水合物的缩写，是指将不同于水的物质分子（称为客体分子）包裹在水分子通过氢键形成的笼状结构内而形成的冰晶体。通常以包裹在其中的物质的名称为前缀来称呼该物质，例如，含有甲烷作为客体物质的水合物被称为甲烷水合物。有人指出，空气水合物可以作为气候变化研究的指标，但也成为准确年代测定的障碍。因此，有必要了解空气水合物的物理性质和特性。在本研究中，我们测量了空气水合物的物理性质和特征中与冰盖中空气水合物和氮水合物形成条件相对应的相平衡条件（温度、压力、成分）。测量在-30℃至0℃的温度范围内进行，该温度范围对应于冰盖的温度范围。测得与该温度范围对应的平衡压力为6MPa至12MPa。水合物在比空气/氮水合物生产系统的相平衡条件更低的温度和更高的压力下稳定存在。因此，预计空气水合物的形成将在冰盖中达到相平衡条件的深度开始。本研究中测量的相平衡条件和报告的空气水合物形成区域之间存在相关性，并且相平衡条件和形成开始的区域通常是一致的。