鉱物が一瞬だけ衝撃を受けるとどうなるか

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2022-05-09 高エネルギー加速器研究機構,筑波大学,大阪大学大学院工学研究科,理化学研究所,高輝度光科学研究センター

概要

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所、筑波大学、大阪大学大学院工学研究科、高輝度光科学研究センター、理化学研究所放射光科学研究センターの共同研究グループは、X線自由電子レーザー施設SACLAを用いて、ジルコンという鉱物の衝撃特性を超高速X線観察することに成功しました。これは、KEK 物質構造科学研究所の髙木壮大博士、一柳光平 研究員、 野澤俊介准教授、筑波大学生命環境系の興野純准教授、岡田慧氏、大阪大学大学院工学研究科の尾崎典雅准教授、新田蒼真氏(当時)、理化学研究所の宮西宏併研究員、末田敬一研究員、高輝度光科学センターの籔内俊毅主席研究員、富樫格主幹研究員らを中心とした共同研究グループの成果です。

隕石衝突による衝撃は“瞬間的な高温高圧状態”を生み出して鉱物の状態を変化させ、鉱物にその痕跡を残します。ジルコンは少量のウランを含み、ウランが放射壊変して鉛になることで数億年から数十億年前の時間を知る「時計」として利用できる重要な鉱物です。ジルコンが受けた衝撃の大きさと残る痕跡の関係を知ることは、過去の隕石衝突の規模や年代を推定する上で重要です。

本研究では、強いレーザー光をジルコンに照射して5ナノ秒(1ナノ秒は1億分の1秒)という一瞬の衝撃を与え、その瞬間の結晶構造変化をX線を用いてリアルタイムで観察しました。ジルコンから高圧相であるレーダイトへの結晶構造相転移が観察された一方、長時間の高温高圧状態では観察される酸化物への分解は起こらないことが分かりました。

この研究成果は、国際学術誌「Physics and Chemistry of Minerals」に5月3日に掲載されました。

本研究成果のポイント

●ジルコンという鉱物のレーザー衝撃実験を行い、隕石衝突規模の強い衝撃を受けた瞬間の結晶構造変化を超高速X線撮影した。

●衝撃による瞬間的な高温高圧状態が引き起こす結晶構造変化は、長時間の高温高圧状態が引き起こす変化とは異なることが分かった。

●温度・圧力条件のみならず時間も結晶構造変化にとって重要なパラメーターであることが実験で確認された。

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