Development of Independent Component Analysis to estimate chemical composition of each component in sedimentary rocks

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20938
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: KOMIYA TSUYOSHI 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (30361786)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Keywords: 独立成分分析 / 初期地球 / 古海洋組成 / 生命進化 / 縞状鉄鉱層 / 炭酸塩岩 / チャート / 微量元素組成

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a method (independent component analysis) to statistically separate each component in sedimentary rocks, which is essential for estimating paleo-oceanic composition from the chemical composition of sedimentary rocks. In recent years, independent component analysis has been widely used in the earth sciences, but it is basically only used to identify components, and not to estimate the chemical composition of each component. In this study, we were able to estimate the chemical composition of each component by devising the method of taking averages and combination of the sedimentary rock types. Furthermore, we applied this method to banded iron formations and carbonate rocks of the early Earth to estimate seawater composition at that time based on the trace element compositions of the separated components such as iron oxides, carbonate minerals, siliceous particles, and detrital material.

Free Research Field

地球科学、地質学、地球化学、堆積岩岩石学、地球史

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球は大きな海洋と多種多様な生命が存在する非常に活発な惑星である。その地球を理解するためには、進化を理解することが重要であるが、初期地球の情報は極めて乏しく、当時の海洋組成を推定することも困難とされる。一般に古海洋組成は堆積岩の化学組成から推定される。しかし、そのためには、様々な起源物質の混合物である堆積岩中の各成分を分離する必要があるが、実際には不可能である。そこで、本研究では統計的な手法（独立成分分析）を用いて、各成分を分離する手法の開発を行なった。これにより、様々な起源物質を含む堆積岩でも、海洋から晶出した成分の化学組成を決めることが可能となり、古海洋組成のより定量的な推定を可能とした。