Estiamtion of the internal evolution of Mars

• Project/Area Number: 18J02005
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Geochemistry/Cosmochemistry
• Research Institution: Hiroshima University (2020); Japan Aerospace EXploration Agency (2018-2019)
• Principal Investigator: 小池 みずほ 広島大学, 先進理工系科学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 火星隕石 / 40億年前 / 炭酸塩 / 局所分析 / 有機窒素 / 有機窒素化合物 / 局所非破壊分析 / 炭酸塩鉱物 / 火星の古環境解明 / 揮発性元素 / 局所同位体分析 / 局所化学種解析

Outline of Annual Research Achievements

太古の火星は海や湖などの液体表層水を保持していたが、時代とともに水を失い現在の乾燥寒冷な表層環境へと変化した。近年の調査により、火星の地表付近には現在も有機物が存在する可能性が指摘されている。しかし、その起源や保存メカニズム、火星の生命環境史との関係などは解明されていない。本研究の目的は、太古の火星環境を火星由来の岩石試料（火星隕石）の地球化学記録から解明することである。
40億年前の火星隕石 ALH84001は、当時の火星の水から沈殿した炭酸塩鉱物の微小粒を含み、太古の火星環境を紐解く鍵となる。先行研究で、この炭酸塩粒に保持された有機炭素の存在が指摘されてきたが、主に技術的なハードルから、他の軽元素の挙動は十分に調べられていなかった。一方、窒素(N)は地球型惑星の大気-水-岩石圏 (および生命圏) のトレーサーとして重要な元素である。そこで本研究では、この炭酸塩にごく僅かに含まれた窒素の化学形態に着目し、微小試料の低汚染準備法を開発し、さらに大型放射光施設SPring-8軟X線ビームラインによる局所X線吸収端近傍構造分析（XANES）を利用することで、火星の窒素の局所非破壊分析を実現した。その結果、ALH 84001の炭酸塩が有機窒素を含み、硝酸等の無機窒素は検出限界以下であることが明らかとなった。有機窒素は、40億年前の火星に隕石などの形で外部から供給されたか、火星上でのアンモニアを介する有機化学反応で生成された後、水-岩石反応による炭酸塩の形成に取り込まれて長期間保存されたと考えられる。本研究結果は、40億年前の火星表層が現在より還元的で、窒素を含む有機化学反応が進行する初期地球に近い環境であった可能性を示唆する。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Carnegie Institution of Washington(米国)
• [Int'l Joint Research] The Open University(英国)
• [Journal Article] In-situ preservation of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates (2020)
  • Author(s): Koike Mizuho、Nakada Ryoichi、Kajitani Iori、Usui Tomohiro、Tamenori Yusuke、Sugahara Haruna、Kobayashi Atsuko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1988-1988
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15931-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Importance of Phobos Sample Return for Understanding the Mars-moon System. (2020)
  • Author(s): Usui, T., Bajo, K., Fujiya, W., Furukawa, Y., Koike, M., Miura, Y. N., Sugahara, H., Tachibana, S., Takano, Y., and Kuramoto, K.
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 216 Issue: 4 Pages: 49-49
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00668-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for early asteroidal collisions prior to 4.15 Ga from basaltic eucrite phosphate U-Pb chronology (2020)
  • Author(s): Koike Mizuho、Sano Yuji、Takahata Naoto、Iizuka Tsuyoshi、Ono Haruka、Mikouchi Takashi
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 549 Pages: 116497-116497
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116497
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Migration of D-type asteroids from the outer solar system inferred from carbonate in meteorites (2019)
  • Author(s): Fujiya, W., Hoppe, P., Ushikubo, T., Fukuda, K., Lindgren, P., Lee, M. R., Koike, M., Shirai, K., and Sano, Y.
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: －
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current and future contributions of Martian meteorites to Mars science (2018)
  • Author(s): 小池 みずほ、森脇 涼太、臼井 寛裕
  • Journal Title: Planetary People - The Japanese Society for Planetary Sciences Volume: 27 Issue: 3 Pages: 180-189
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_180
  • NAID: 130007546893
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • Year and Date: 2018-09-25
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydrogen isotope analysis of micro-scale apatite inclusions in Archaean zircon grains (2018)
  • Author(s): Ishida A., Koike M., Takahata N., Morita T., David J., Pinti D.L., Sano Y.
  • Journal Title: GEOCHEMICAL JOURNAL Volume: 52 Issue: 6 Pages: 457-466
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0534
  • NAID: 130007534754
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 火星における窒素の循環進化: ALH84001 の痕跡と将来展望 (2021)
  • Author(s): 小池みずほ
  • Organizer: 第22回惑星圏研究会(SPS2021)
  • Invited
• [Presentation] 火星隕石から探る火星の表層環境進化 (2021)
  • Author(s): 小池みずほ
  • Organizer: 生命の起原および進化学会2021年シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Investigation of “Martian nitrogen cycle” and its evolution: The case of a young meteorite, Tissint. (2021)
  • Author(s): M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, ,H. Sugahara, T. Usui
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2021
  • Invited
• [Presentation] In-situ detection of early Noachian nitrogen-bearing organics from Martian carbonates. (2020)
  • Author(s): M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, T. Usui, Y.Tamenori, H. Sugahara, A. Kobayashi
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [Presentation] In-situ detection of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates: Implication for nitrogen- cycle on early Mars. (2020)
  • Author(s): M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, T. Usui, Y.Tamenori, H. Sugahara, A. Kobayashi
  • Organizer: Goldschmidt Conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-situ detection of the nitrogen-bearing organic materials in 4-billion-year-old carbonates from martian meteorite Allan Hills 84001. (2019)
  • Author(s): Koike, M., Nakada, R., Kajitani, I., Usui, T., Tamenori, Y., Sugahara, H., and Kobayashi, A
  • Organizer: The Ninth International Conference on Mars
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALH84001 炭酸塩鉱物からの有機窒素化合物の検出 (2019)
  • Author(s): Koike, M., Nakada, R., Kajitani, I., Usui, T., Tamenori, Y., Sugahara, H., and Kobayashi, A
  • Organizer: 日本地球化学会 第66回年会
• [Presentation] Thermal and impact history of Vesta: Estimate from in-situ U-Pb dating of phosphate minerals in basaltic eucrites (2018)
  • Author(s): Koike, M., Iizuka, T., Mikouchi, T., Ono, H., Takahata, N. and Sano, Y.
  • Organizer: 81st Annual Meeting of the Meteoritical Society
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] (academist Journal) 40億年前の火星の有機物を発見
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=13534
• [Remarks] (EurekAlert) 4-billion-year-old nitrogen...
  • URL: https://eurekalert.org/pub_releases/2020-04/tiot-4no042720.php
• [Remarks] (MMXニュース) MMXは火星の有機物の痕跡をフォボスから得られるか
  • URL: https://mmx-news.isas.jaxa.jp/?p=1066&lang=ja
• [Remarks] (広島大学 研究成果プレスリリース) 40億年前より古い大量隕石衝突の痕跡を発見
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/59830
• [Remarks] 個人website
  • URL: https://sites.google.com/view/mizuhokoike/home?authuser=0
• [Remarks] ELSI Research Highlights
  • URL: http://www.elsi.jp/en/news_events/highlights/2020/4_billion_year_nitrogen_molecules_martian_meteorites