鉱物の中に隠された「2次元の水」

私たちが普段目にする水は、液体か、固体の「氷」として存在します。氷にはたくさんの種類があることが知られていますが、実は鉱物の中にも、特殊な環境で存在する水分子の集まりがあります。 「マーティアイト (Martyite)」（化学式：Zn₃(V₂O₇)(OH)₂・2H₂O）という鉱物は、その内部にハチの巣のような形をした空間（多孔質フレームワーク）を持っていて、そこに水分子（H₂O）が閉じ込められています。 この水分子は、まるで「2次元の氷」のように整列していますが、室温では水分子はそれぞれが自由に回転しており，氷の水分子のように決まった向きをとっていません。

バラバラな水分子が示す「フェロ軸秩序」とは？

この研究では、実験チーム（静岡大，その他）と理論チーム（岡山大）が共同で，これまで調べられていなかったマーティアイト中の水分子が、実は低温で特別な「秩序」を持っていることを明らかにしました。 室温ではランダムな配向（分子の向き）をとる水分子ですが、特定の条件下では、6つの水分子が環状につながり、「水素結合」（水分子同士をつなぐ弱い結合）でできたドーナツ状のグループ（トロイダルH₂Oヘキサマー）を作ることが分かりました。 このドーナツ状のグループが特定の向きに整列する現象を「フェロ軸秩序」と呼んでいます。これは、磁石のN極とS極が揃う「強磁性」のように、ある方向への「軸」が揃う現象と似ています。

なぜ鉱物中の水分子の秩序が重要なのか？

この「フェロ軸秩序」の発見は、マーティアイトが「2次元の氷」を研究するための理想的なモデル材料であることを示しています。 水分子は、温度や圧力によってさまざまな種類の氷（多形）を作ることが知られています。私たちの身の回りにある氷だけでなく、地球の奥深くや宇宙空間には、まだ見ぬ不思議な氷がたくさん存在すると考えられています。 この研究は、鉱物中の特殊な環境で水分子がどのように振る舞い、どのような新しい秩序を作るのかを理解する手がかりとなります。将来的には、水が持つ多様な結晶構造（多形）の謎を解き明かすことにつながるかもしれません。

参考論文

• 野村 俊宏, 鬼頭 駿介, 甲賀 研一郎 (2026) “Ferroaxial Order of the Two-Dimensional Water of Crystallization in a Mineral” 日本結晶学会誌, 68, 166. DOI: 10.5940/jcrsj.68.166
• Ferroaxial Order of the Monolayer Ice in Martyite T. Nomura, S. Kitou, J. Komatsu, J. Kimura, K. Koga, et al. Journal American Chemical Society (2026) 148, 10554. DOI:10.1021/jacs.5c19407

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