Olivine densifies instantly: new developments in understanding of shock metamorphism of planetary materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01965
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: TOMIOKA Naotaka 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30335418)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河津 励 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 客員研究員 (00447913) ; 奥地 拓生 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40303599) ; 宮原 正明 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90400241)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 隕石 / 衝撃変成 / 高圧相転移 / 高圧実験 / 透過電子顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

Meteoritic minerals are partially densified by shock compression caused by high-velocity collisions between their parent asteroids. In this study, the epsilon phase, a new high-density polymorph of olivine, was discovered in three meteorites. Transmission electron microscopy and X-ray diffraction revealed the detailed occurrence of the epsilon phase. In addition, first-principles calculations and high-pressure phase transition experiments have constrained the formation conditions of the epsilon phase. These results suggest that the epsilon phase may be a new shock indicator for meteorites. It has also been approved by the International Mineralogical Association as a new mineral, poirierite.

Free Research Field

鉱物学、惑星物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、世界各国で「はやぶさ」、「はやぶさ２」を始めとする太陽系天体サンプルリターンが計画され、小惑星、彗星核、月などの表層から物質を地球に持ち帰り、詳細分析する研究が活発化している。オリビンはこれらの物質を構成する最も代表的な鉱物の一つであり、本研究で得られた同鉱物の衝撃（高圧）応答の知見は、天体相互衝突プロセスを紐解く上で重要な基礎となる。従来、観測が主体だった惑星探査において、物質科学的視点から太陽系天体の衝突履歴に迫ることができる点に、本研究の学術的意義がある。また、高額予算を要するサンプルリターンの成果を最大化するための基盤的成果である点が社会的意義である。