2019 Fiscal Year Annual Research Report
Physicochemical analysis of early solar system based on formation kinetics of refractory inclusions of meteorites
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16H06349
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
圦本 尚義 北海道大学, 理学研究院, 教授 (80191485)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橘 省吾 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (50361564)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 地球化学 / 宇宙科学 / 隕石 / 太陽系 / 原始惑星系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽系形成の最初期に内側太陽系で高温ガスからの固体凝縮プロセスや加熱による固体溶融プロセスがあったことは，始源的隕石中の難揮発性包有物（CAI やAOA）の存在から明らかである．惑星材料物質が経験したこの高温プロセスは，原始星や原始惑星系円盤の天文観測でも観測されておらず，その物理化学環境はいまだにはっきりとしない．本研究では，難揮発性包有物の同位体岩石学・鉱物学的研究に，室内実験による難揮発性包有物の再現実験を組み合わせ，太陽系最初期の高温プロセスの物理化学環境を定量的に制約する．特に本研究により，原始惑星系円盤内縁領域の圧力条件，水蒸気分圧とガス／ダスト比が新規決定できることが期待される．本年度は以下の研究成果が得られた．
低水素圧条件での模擬CAIの溶融・結晶化実験について水素圧力，加熱時間を系統的に変化させた実験をおこない，CAI模擬物質の組織，構成鉱物化学組成に対する蒸発の影響を求め，低水蒸気圧および低CO蒸気圧でのCAI模擬物質の溶融・結晶化における酸素同位体交換実験をおこなった．低CO蒸気圧では酸素同位体交換速度が小さいことが判明した．
赤外線集光加熱型真空炉を用いて作成したフォルステライト薄膜に対し，SiO2からの蒸発ガスを反応させる実験と金属鉄核形成実験を開始した．
細粒CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察を行った．メリライトが高温ガスから直接凝縮して結晶成長していくとき，酸素同位体組成が変化する場合と変化しない場合があることが判明した．これは，形成環境が異なる領域において細粒CAIが形成したことを示している，また，その時の温度圧力変化の様式がほぼ等しいことも意味している．Al-Mg年代測定により，この細粒CAII形成期間が太陽系形成の初期80万年間に起こり，Mg同位体の成長曲線により，細粒CAIは太陽組成のガスから凝縮していることが明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究概要に要約した今年度の研究成果は，当初の研究計画（CAIメルとの低圧下結晶化実験・酸素同位体交換実験，AOA形成場の温度・圧力推定，初期太陽系円盤での金属鉄形成プロセスの制約，CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析）にしたがい研究が進展しているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．CAI組成メルトの低圧下結晶化実験・酸素同位体交換実験：低水素圧条件での模擬CAIの溶融・結晶化実験を継続する．水素圧力，加熱時間を系統的に変化させた実験をおこない，CAI模擬物質の組織，構成鉱物化学組成に対する蒸発の影響を求める．また，マグネシウム，ケイ素の蒸発に伴う同位体分別を調べる．低水蒸気圧および低CO蒸気圧でのCAI模擬物質の溶融・結晶化における酸素同位体交換実験をおこなう．これらの実験で作成する模擬CAIと溶融CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析と併せ，天然CAIを説明するガス圧力を見積もる．
２．AOA形成場の温度・圧力推定：赤外線集光加熱型真空炉を用いた実験を軽毒する．実験により作成したフォルステライト薄膜に対し，SiO2からの蒸発ガスを反応させる．反応させた試料は集束イオンビーム加工装置を用いて，切り出し，観察・分析をおこなう．
３．初期太陽系円盤での金属鉄形成プロセスの制約：初期太陽系円盤条件に即した温度・圧力条件における金属鉄の均質核形成実験を継続する．フォルステライト基板上の不均一核形成条件を実験的に決定する．
４． CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析：細粒CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察を継続する．この観察と実験で推定される凝縮挙動を組み合わせ，メリライトの結晶成長する温度，圧力，ガス/ダスト比（金属元素存在度），それらの時間変化を制約することによりCAIの凝縮時間を求める．形成中にガスの酸素同位体組成が変わったこともわかっており，観察事実と実験で得る酸素同位体交換反応速度を合わせ，形成場のガスの酸素同位体変化の時間スケールも制約する．
以上の実験で求めた速度論データと隕石の分析結果を融合し，太陽系最初期の高温プロセスの物理化学環境を定量的に実証し，本研究課題の目的を達成する．
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[Journal Article] Electronic data acquisition and operational control system for time-of-flight sputtered neutral mass spectrometer.2019
Author(s)
Bajo, K., Fujioka, O., Itose, S., Ishihara, M., Uchino, K. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Surf. Interface Anal.
Volume: 51
Pages: 35-39
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Molecular and isotopic compositions of nitrogen-containing organic molecules formed during UV-irradiation of simulated interstellar ice.2019
Author(s)
Sugahara, H., Takano, Y., Tachibana, S., Sugawara, I., Chikaraishi, Y., Ogawa, N. O., Ohkouchi, N., Kouchi, A. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Geochem. J.
Volume: 53
Pages: 5-20
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Variations in initial 26Al/27Al ratios among fluffy Type A Ca－Al-rich inclusions from reduced CV chondrites.2019
Author(s)
Kawasaki, N., Park, C., Sakamoto, N., Park, S. Y., Kim, H. N., Kuroda, M. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 511
Pages: 25-35
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The ion microprobe as a tool for obtaining strontium isotopes in magmatic plagioclase: A case study at Okataina Volcanic Centre, New Zealand.2019
Author(s)
Sas, M., Kawasaki, N., Sakamoto, N., Shane, P., Zellmer, G. F., Kent, A. J. R. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Chemical Geology
Volume: 513
Pages: 153-166
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Combined U-corrected Pb-Pb dating and 26Al-26Mg systematics of individual chondrules － Evidence for a reduced initial abundance of 26Al amongst inner Solar System chondrules.2019
Author(s)
Bollard, J., Kawasaki, N., Sakamoto, N., Olsen, M., Itoh, S., Larsen, K., Wielandt, D., Schiller, M., Connelly, J. N., Yurimoto, H. and Bizzarro, M.
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Journal Title
Geochim. Cosmochim. Acta
Volume: 260
Pages: 62-83
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Aberration-corrected focused ion beam for time-of-flight secondary neutral mass spectrometry.2019
Author(s)
Nagata, K., Bajo, K., Itose, S., Matsuya, M., Ishihara, M., Uchino, K. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 12
Pages: 085005
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 火星衛星探査計画MMX：目指す科学とその推進2019
Author(s)
倉本 圭、川勝 康弘、藤本 正樹、Jean Pierre Bibring、David Lawrence、玄田 英典、平田 成、今村 剛、亀田 真吾、松本 晃治、宮本 英昭、諸田 智克、長岡 央、中川 広務、中村 智樹、小川 和律、大嶽 久志、尾崎 正伸、佐々木 晶、千秋 博紀、橘 省吾、寺田 直樹、臼井 寛裕、和田 浩二、渡邊 誠一郎、MMX study team
Organizer
日本地球惑星科学連合2019年大会JpGU2019
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[Presentation] Comparison of molecular complexity between chondrites, martian meteorite and lunar soils2019
Author(s)
F.-R. Orthous-Daunay, C.Wolters, L.Flandinet, V. Vuitton, P.Beck, L.Bonal, J.Isa, F.Moynier, D.Voisin, S.Moran, S.Horst, G.Danger, V.Vinogradoff, L.Piani, D. V. Bekaert, L. Tissandier, Y.Isono, S.Tachibana, H.Naraoka, L.Remusat and R.Thissen
Organizer
The 82nd Annual Meeting of the Meteoritical Society
Int'l Joint Research
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