2019 Fiscal Year Annual Research Report
Estiamtion of the internal evolution of Mars
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18J02005
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
小池 みずほ 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 火星隕石 / 有機窒素化合物 / 局所非破壊分析 / 炭酸塩鉱物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火星の表層や地下に有機物が存在することが、近年の惑星探査から明らかになりつつある。しかし、有機物の供給源や保存メカニズム、未知の火星生命との関係性などは殆ど解明されていない。1984年に南極で発見された火星隕石Allan Hills (ALH) 84001は、40億年前に火星の水（表層水または地下水）から沈殿した炭酸塩鉱物をわずかに含む。先行研究から、この炭酸塩が有機炭素を持つことが知られてきたが、従来の破壊分析法では地球物質の混入（汚染）が問題となり、有機物の起源の特定が困難であった。窒素(N)は、地球生命の主構成要素で、大気-水-岩石圏（および生命圏）の指標として重要な元素である。本研究では、研究代表者が所属する宇宙航空研究開発機構と、海洋開発研究機構、理化学研究所SPring-8、東京工業大学の研究グループにご助力いただき、各々の最先端機器と技術を活かすことで、微小試料の低汚染＆非破壊分析法を新たに開発した。これにより、科学的に重要ではあるが技術的に難しい「火星炭酸塩の窒素の化学種分析」を初めて実現した。
窒素X線吸収端近傍構造 (XANES) 分析の結果、ALH 84001の炭酸塩からは有機窒素化合物に特徴的なスペクトルが得られた。有機窒素化合物は、40億年前の火星に隕石等として供給されたか、ローカルなアンモニア-有機化学反応で生成された後、炭酸塩に取り込まれ、地下で長期間保存されたと考えられる。一方、硝酸塩などの酸化的な無機窒素は検出されず、40億年前の火星環境が現在に比べ還元的であったと示唆された。本研究成果は、かつての火星が水や有機物に富む初期地球にも似た環境を有しており、その痕跡が現在まで火星地下の鉱物に残されている可能性を提示する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記「火星炭酸塩の窒素の化学種分析」は、2018年夏から試料準備および実験計画のデザインに着手し、2018年12月に大型放射光施設SPrgin-8のビームラインBL27SUで最初のデータを得た。「火星の有機物」という非常に重要かつデリケートな分析データを正しく評価・解釈するために、試料準備法や汚染評価法を注意深く吟味し改良した後、さらに2019年4月に追試験を行った。２回の実験結果はともに、「火星隕石ALH84001の炭酸塩が有機窒素化合物を保持し、それが40億年前の火星由来である可能性が高い」ことを示すものであった。一連の研究成果について、研究代表者が筆頭責任著者となり論文を報告したところ、2020年4月24日付けの国際学術誌「Nature Communications」（電子版）へ掲載されるに至った。研究着手から2年弱、最初のデータ取得から1年4ヶ月という比較的短期間で大きな成果に繋がったことは、本研究の着眼点、協力いただいた研究チーム間の連携、最先端の分析技術の活用などが有機的に繋がった結果と言える。ゆえに「計画以上の進展」が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度までの本研究から、40億年前の火星が水と有機物に富む還元的な環境を有していたことが明らかとなった。次の疑問として「このような環境は太古の火星に普遍的だったのか？」が問われる。仮に、この環境が普遍的かつ長期的に保たれていたならば、火星生命の誕生にも繋がったかもしれない。一方、これは火星隕石ALH84001が存在した場所に限られた、ローカルかつ一時的な環境だったとも考えられる。
一般に、惑星表層環境の長期進化を探るには、水素や窒素をはじめとする軽元素の安定同位体比が有用である。窒素は、質量数14と15の2つの安定同位体を持つ。現在の火星大気の窒素同位体比は重く（15Nが相対的に多く）、過去の大規模な大気散逸を反映しているとされる。一方、火星内部の同位体比は地球と同程度と予想される。また、生命の代謝が関与した系では窒素同位体比が軽くなることが知られる。40億年前の火星の窒素同位体比が分かれば、かつての普遍的な表層環境を解明できると期待する。今後の本研究では、「火星炭酸塩の窒素同位体比の特定」を目指す。
前年度に発見したALH84001炭酸塩の有機窒素化合物を対象に、二次イオン質量分析計（SIMS）を用いた局所窒素同位体を行う。本研究の実施にあたり、米国カーネギー研究所のご協力をお願いしている。また、SIMS分析に不可欠な標準試料の選定の為、いくつかの天然炭酸塩を用意している。これらの全岩加熱破壊分析とSIMSによる局所分析を並行して行い、分析プロトコルを確立する。試料準備および関係する研究機関との調整は進んでおり、現在の新型コロナ感染拡大が収束し次第、実験を開始できる状態となっている。
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| Remarks |
本研究 (Koike et al., 2020, Nature Comm) のプレスリリース。論文共著者が所属する東京工業大学地球生命研究所が作成、掲載。
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[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.
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Journal Title
Space Science Reviews
Volume: 216
Pages: 49
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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
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[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
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