Advancing understanding of biotite weathering reactions; XAFS and ab initio simulation insights

黒雲母の風化反応の解明; XAFSと第一原理シミュレーションによる洞察

山口 瑛子  ; 高橋 嘉夫*; 奥村 雅彦   

Yamaguchi, Akiko; Takahashi, Yoshio*; Okumura, Masahiko

元素の環境動態においては、吸着、沈殿、酸化還元などの化学反応が重要な役割を果たしており、その挙動変化を理解するためには、化学状態と局所構造の理解が必要である。X線吸収端近傍構造(XANES)法は元素選択性が高い利点があるが、その分解能や解析法には課題がある。これらを解決するため、本研究では高エネルギー分解能蛍光検出(HERFD)-XANES測定および第一原理計算を利用した。人工的に風化させた黒雲母試料を分析したところ、風化によってFe(II)からFe(III)への系統的な酸化が明らかになった。さらに、セシウムが吸着した風化黒雲母の詳細な微細構造も得られた。

Chemical reactions such as adsorption, precipitation, and redox play an important role in the environmental fate of elements, and understanding the chemical state and local structure is necessary to understand changes in their behavior. Although the X-ray absorption near edge structure (XANES) method has the advantage of high element selectivity, its resolution and analytical methods have some issues. To address these issues, this study utilizes high-energy-resolution fluorescence detection (HERFD)-XANES measurements and ab initio calculations. Analysis of artificially weathered biotite samples revealed systematic oxidation of Fe(II) to Fe(III) due to weathering. In addition, detailed microstructures of the weathered biotite with cesium adsorption were also obtained.