The sulfur 4-isotope study for environment of the early Earth

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01999
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: USHIKUBO Takayuki 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 (10722837)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小宮 剛 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (30361786) ; 清水 健二 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 (30420491) ; 上野 雄一郎 東京工業大学, 理学院, 教授 (90422542)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 硫黄同位体 / 硫化鉱物 / 太古代 / 二次イオン質量分析計 / SIMS

Outline of Final Research Achievements

We developed an in-situ sulfur 4-isotope analysis technique by the secondary ion mass spectrometry (SIMS) at Kochi Institute, JAMSTEC, and we applied this technique to the studies of Archean geology, economic geology, and other geosciences. We recognized a characteristic sulfur isotope anomaly in the ca. 3.9 Ga sedimentary rock samples. This implies that the terrestrial atmospheric composition at ca. 3.9 Ga was slightly different from that of later Archean atmosphere. We also recognized large negative d34S anomaly in framboidal pyrite in the seafloor hydrothermal deposits. This indicates that tiny pyrite grains formed by microbial sulfate reduction plays an important role at the initial stage of subseafloor sulfide mineralization.

Free Research Field

惑星物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

日本ではこれまでにも太古代や初期地球に関する優れた地質学的研究が行われてきたが、表層環境を推定する上で重要な硫黄の４同位体比組成の微小領域分析が出来る研究機関が無かった。本研究課題で微小領域分析技法を立ち上げて太古代試料の分析を行うことで、約39億年前の地球大気組成がそれ以降の大気組成と異なる特徴を持つことを初めて示すことが出来た。また、開発した技術を資源研究や火山研究にも応用することで、鉱床の成長過程や火山のマグマ形成に寄与した流体の特徴を調べることが出来ることを示した。今後、微小領域の硫黄同位体比研究が資源開発や火山防災の研究にも役立つことが期待される。