Isotopic fractionation of guest gas molecules at the formation of synthetic gas hydrates

合成气体水合物形成过程中客体气体分子的同位素分馏

基本信息

批准号：
22K03712
负责人：
八久保晶弘
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kitami Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ガスハイドレートは地球上だけでなく、地球外の惑星・衛星等の天体表層にも存在しうる普遍的な物質である。水分子で構成されるカゴ状結晶（ホスト）に包接されるガス分子（ゲスト）は、1分子ずつカゴに閉じ込められた気体分子のイメージがあるが、ゲスト・ホスト間の相互作用により、結晶生成時にホストだけでなくゲストにも安定同位体分別が起こることが知られている。このことを利用した、ハイドレート結晶生成時の環境復元や年代決定等のツールとなる可能性が模索されている。本研究では、ガスハイドレート生成時に起こるゲストガス安定同位体分別に関する実験を行った。初年度は、メタン、窒素および空気（窒素＋酸素＋アルゴン）の3種類のガスを包接するガスハイドレート結晶を人工的に生成し、安定同位体質量分析装置を用いて各種ゲストガスに関する安定同位体比を測定した。メタンに関しては、その温度・圧力依存性が定量的に求められ、結晶生成時の圧力が安定同位体分別に影響することを初めて示すことができた。また、窒素に関しては、軽い分子を包接しやすいメタンとは逆に、重い窒素分子を包接しやすい傾向が明らかとなった。酸素やアルゴンを含む空気の場合、この窒素同位体分別の程度はやや低下し、分別しにくくなることも判明した。ほか、研究室で過去に採取された天然ガスハイドレートの包接ガスに関する分析等も実施し、天然環境下における安定同位体分別の検出が試みられた。これらの成果については雪氷研究大会2022・札幌にて学会発表を行い、また一部については査読付き論文として公表済みである。

天然气水合物是一种普遍存在的物质，不仅可以存在于地球上，还可以存在于地外行星、卫星等天体表面。由水分子组成的笼状晶体（主体）中包含的气体分子（客体）具有气体分子被一一限制在笼子里的形象，但由于客体和主体之间的相互作用，晶体已知在生产过程中，稳定同位素分馏不仅发生在主体中，而且也发生在客体中。正在探索利用其作为恢复水合物晶体形成时的环境并确定年龄的工具的可能性。在这项研究中，我们对天然气水合物形成过程中发生的客体气体的稳定同位素分馏进行了实验。第一年，我们将人工生成包括甲烷、氮气和空气（氮气+氧气+氩气）三种气体的天然气水合物晶体，并使用稳定同位素质谱仪来识别各种客体气体的稳定同位素。测量了比率。对于甲烷，其对温度和压力的依赖性被定量确定，并且首次表明晶体形成过程中的压力影响稳定同位素分馏。关于氮，很明显，甲烷往往包含重氮分子，而甲烷则往往包含轻分子。还发现，在空气中含有氧气或氩气的情况下，氮同位素分离的程度有所降低，难以分离。此外，还对实验室收集的天然气水合物中的笼形气体进行了分析，并尝试检测自然环境中的稳定同位素分馏。这些结果已在 2022 年札幌冰雪研究会议的学术会议上公布，其中一些结果已作为同行评审论文发表。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ガスハイドレート解離時の比表面積増加過程

天然气水合物解离过程中比表面积增加过程

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
太田　哲也; 矢作　大輔; 八久保　晶弘; 竹谷　敏
通讯作者：
竹谷　敏

メタンないしアルゴンにヘリウムを加えた混合ガスハイドレートからのヘリウム脱離の温度効果

温度对甲烷或氩加氦混合气体水合物中氦解吸的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
森谷　優希; 八久保　晶弘; 竹谷　敏
通讯作者：
竹谷　敏

Characteristics and varieties of gases enclathrated in natural gas hydrates retrieved at Lake Baikal

贝加尔湖天然气水合物中包裹气体的特征和种类

DOI：
10.1038/s41598-023-31669-7
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Hachikubo; A.; H. Minami; H. Sakagami; S. Yamashita; A. Krylov; G. Kalmychkov; J. Poort; M. De Batist; A. Manakov; O. Khlystov
通讯作者：
O. Khlystov

北海道日高沖で回収された天然ガスハイドレート結晶および堆積物ガスの特徴

北海道日高沿岸回收的天然气水合物晶体和沉积气体的特征