Chemical speciation of metallic elements associated with organic macromolecules in extraterrestrial materials and its implication for the conditions of parent body aqueous alteration

• Project Area: Aqua planetology
• Project/Area Number: 20H04615
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 薮田 ひかる 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (30530844)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000); Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2020: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: 地球外物質 / 有機金属錯体 / 走査型透過X線顕微鏡 / 選択的化学分解 / 高分解能質量分析

Outline of Research at the Start

様々な隕石グループの酸不溶性有機物（IOM）に含まれる金属元素の種類、化学形態、分布、およびその錯形成能を明らかにする。そのための手法には、多くの地球外有機物の分析に用いられた実績のある走査型透過X線顕微鏡（STXM）を用いる。
次に、IOMに含まれる有機金属錯体構造を同定する。そのための手法には、IOMの特定の化学結合を切断する選択的酸化分解法を用いる。分解生成物の同定には高分解能質量分析装置を用いる。以上の成果を総合し、IOMと金属元素の相互作用に必要な母天体水質条件を決定する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、炭素質隕石中の酸不溶性高分子有機物（IOM）では様々な官能基が多種の金属元素と相互作用している可能性に着目し、IOMと金属元素の相互作用に必要な母天体水質条件決定を目指す。具体的には（１）走査型透過X線顕微鏡（STXM）を用いてIOMに含まれる金属元素の種類・化学形態・分布を解明する。また（２）IOMの特定の化学結合を切断する選択的酸化分解を段階的に実施し、IOMに含まれる有機金属錯体構造を同定する。
研究代表者は「はやぶさ２」初期分析の固体有機物分析サブチームリーダーを務めており、2021年度はSTXMのマシンタイムの全てを「はやぶさ２」の初期分析に使ったため、個人の研究としての本研究課題（１）の進捗は遅れてしまった。ただ、隕石から分離したIOMの蛍光X線分析を行った際、有機元素以外にはSに加えてMgが検出された。このMgが試料に固有であることを今後実証する必要があるが、母天体水質変成によってIOMが錯体構造を有している可能性が期待できる。（２）隕石から分離したIOMのアルカリ酸化銅分解を行った。その結果、陰イオンモードで200種以上、陽イオンモードで約400種の分解生成物を検出した。先行研究でIOMの主要なアルカリ酸化銅分解生成物として同定された 27種の化合物に対応する精密質量と、本研究で新規に検出された分解生成物約430種の精密質量を検出した。このうち組成式を決定したものは、脂肪族カルボン酸類95 種、1~3 環までの芳香族カルボン酸・アルコール類が98種、含窒素化合物9種、含硫黄化合物15種で、残り200種以上が未同定である。解析を進めたところ、分解生成物の大部分が有機分子であったため、エーテル結合を介した有機金属錯体は検出限界以下であることが判明した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カーネギー研究所/アメリカ海軍調査研究所/Advanced Light Source(米国)
• [Int'l Joint Research] グルノーブル大学/パリ南大学/CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] シュトゥットガルト大学/マックスプランク研究所/ベルリン大学(ドイツ)
• [Journal Article] Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: In situ observation and particles returned to Earth (2022)
  • Author(s): Tachibana S.、Abe M. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 375 Issue: 6584 Pages: 1011-1016
  • DOI: 10.1126/science.abj8624
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Preliminary analysis of the Hayabusa2 samples returned from C-type asteroid Ryugu (2021)
  • Author(s): Yada Toru、Abe Masanao、et al.
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: 6 Issue: 2 Pages: 214-220
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01550-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Scientific Targets of Tanpopo: Astrobiology Exposure and Micrometeoroid Capture Experiments at the Japanese Experiment Module Exposed Facility of the International Space Station (2021)
  • Author(s): Yamagishi Akihiko、Yokobori Shin-ichi、Kobayashi Kensei、Mita Hajime、Yabuta Hikaru、Tabata Makoto、Higashide Masumi、Yano Hajime
  • Journal Title: Astrobiology Volume: 21 Issue: 12 Pages: 1451-1460
  • DOI: 10.1089/ast.2020.2426
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body (2021)
  • Author(s): N. Sakatani, S. Tanaka, T. Okada, et al.
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: － Issue: 8 Pages: 766-774
  • DOI: 10.1038/s41550-021-01371-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spectral and Petrographic Properties of Inclusions in Carbonaceous Chondrites and Comparison with In Situ Images from Asteroid Ryugu (2021)
  • Author(s): K. A. Otto, S. E. Schroder, H. D. Scharf, A. Greshake, N. Schmitz, F. Trauthan, S. Pieth, K. Stephan, T.-M. Ho, R. Jaumann, A. Koncz, T. Michalik and H. Yabuta
  • Journal Title: The Planetary Science Journal Volume: 2 Pages: 188-203
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Collisional history of Ryugu’s parent body from bright surface boulders (2021)
  • Author(s): Tatsumi E.、Sugimoto C.、Riu L.、... Yabuta, H. ... et al. (75人中67番目)
  • Journal Title: Nature Astronomy Volume: 5 Issue: 1 Pages: 39-45
  • DOI: 10.1038/s41550-020-1179-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hayabusa2 Landing Site Selection: Surface Topography of Ryugu and Touchdown Safety (2020)
  • Author(s): Kikuchi Shota、Watanabe Sei-ichiro、Saiki Takanao、Yabuta Hikaru et al. (53人中4番目)
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 216 Issue: 7 Pages: 116-116
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00737-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Concerns of Organic Contamination for Sample Return Space Missions (2020)
  • Author(s): Chan Queenie Hoi Shan、Stroud Rhonda、Martins Zita、Yabuta Hikaru
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 216 Issue: 4 Pages: 56-56
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00678-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Organic Matter in the Solar System-Implications for Future on-Site and Sample Return Missions (2020)
  • Author(s): Martins Zita、Chan Queenie Hoi Shan、Bonal Lydie、King Ashley、Yabuta Hikaru
  • Journal Title: Space Science Reviews Volume: 216 Issue: 4 Pages: 54-54
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00679-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sample collection from asteroid (162173) Ryugu by Hayabusa2: Implications for surface evolution (2020)
  • Author(s): Morota, T., Sugita, S., Cho, Y., Kanamaru, M., Tatsumi, E., Sakatani, N., Honda, R., Hirata, N. et al.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Issue: 6491 Pages: 654-659
  • DOI: 10.1126/science.aaz6306
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Macromolecular Organic Matter in C-type Asteroid Ryugu (2022)
  • Author(s): Hikaru Yabuta and Hayabusa2 Initial Analysis Organic Macromolecule Team
  • Organizer: The 53rd Lunar and Planetary Science Conference (LPSC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An initial look at the distributions and compositions of organic macromolecules in the asteroid Ryugu samples (2021)
  • Author(s): Hikaru Yabuta and Hayabusa2 Initial Analysis Organic Macromolecule Team
  • Organizer: Hayabusa symposium 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Jbilet Winselwan炭素質CM2コンドライト中の酸不溶性有機物の元素・同位体・化学構造分析による母天体熱変成の評価 (2020)
  • Author(s): 上出奏海， 重中美歩， 池原実， 川上紳一， 薮田ひかる
  • Organizer: 日本惑星科学会2020年秋季講演会, オンライン, 2020 年 11月12 日～14日, 口頭発表
• [Presentation] Elemental, isotopic, and structural analyses of insoluble organic matter from in Jbilet Winselwan carbonaceous chondrite (2020)
  • Author(s): Kanami Kamide, Hikaru Yabuta, and Minoru Ikehara
  • Organizer: JpGU - AGU Joint Meeting 2020: Virtual, 2020年7月12日～16日、ポスター発表
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Jbilet Winselwan炭素質コンドライト隕石中の 酸不溶性有機物の元素・同位体・化学構造分析から 推定される小惑星リュウグウの母天体プロセス (2020)
  • Author(s): 上出奏海， 重中美歩， 池原実， 川上紳一， 薮田ひかる
  • Organizer: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会, 2020年11月12日～26日、口頭発表
• [Presentation] はやぶさ２初期分析 固体有機物サブチームの活動進捗 (2020)
  • Author(s): 薮田ひかる, はやぶさ２初期分析固体有機物分析サブチーム
  • Organizer: 第4回水惑星学全体会議, 2021年3月8日～9日、口頭発表（オンライン）
• [Book] 地球生命誕生の謎 (2021)
  • Author(s): M・ガルゴー 他、薮田ひかる（監訳）
  • Total Pages: 250
  • Publisher: 西村書店
  • ISBN: 9784867060193