東京工業大学(東工大)などの研究チームは、高エネルギー加速器研究機構(KEK)の放射光科学研究施設
「フォトンファクトリー(PF)」を利用し、地震を起こさずにすべり続けるクリープ断層の要因である鉱物表面が、
吸着水によって潤滑するメカニズムを解明したことを明らかにした。
同成果は東工大大学院理工学研究科の佐久間博特任助教、お茶の水女子大学大学院人間文化創成科学研究科の
近藤敏啓教授、高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所の中尾裕則准教授、東工大学大学院
理工学研究科の河村雄行教授(現 岡山大学)らによるもので、米国化学会誌
「Journal of Physical Chemistry C」(オンライン版)に掲載された。
地球のプレート運動に伴う岩石の破壊や断層すべりは、地震を引き起こす要因となっているが、中には地震を
起こさずにゆっくりとすべり続けている断層「クリープ断層」がある。このような断層すべりの1つの要因として、
粘土鉱物を主とする層状鉱物表面に吸着した水分子による鉱物同士の摩擦低下が考えられており、研究チーム
ではこれまで、火成岩の構成成分であり、断層に含まれる粘土鉱物と類似の構造を持つ白雲母の鉱物表面に
挟まれた塩化ナトリウム(NaCl)水溶液が、厚さ1nm以下まで圧縮されても潤滑性を示すことを実験的に明らかに
していた。しかし、そのメカニズムについては解明されておらず、世界的にも存在が珍しいクリープ断層の
ような鉱物表面の水による潤滑メカニズムの解明には原子スケールでの電子状態の解明が求められていた。
今回研究チームでは、白雲母とNaCl水溶液界面の構造を原子スケールで解明するため、X線CTR(Crystal
Truncation Rods)散乱法と分子動力学(MD)計算を組み合わせて、構造解析を行った。X線CTR散乱法は、界面の
電子密度分布を0.1nm以下の分解能で求めることができるが、同手法のみでは直接原子密度分布を知ることが
できないため、精密な原子間相互作用モデルを用いたMD計算の結果とX線CTR散乱の結果を比較することで、
白雲母/NaCl水溶液界面の原子分布を求めた。
