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2022 Fiscal Year Research-status Report

Molecular and isotopic characterization of Earth's oldest organic materials using Atom Probe Tomography

Research Project

Project/Area Number 20KK0081
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

M Satish‐Kumar  新潟大学, 自然科学系, 教授 (50313929)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 佳博  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (60803905)
大藤 弘明  東北大学, 理学研究科, 教授 (80403864)
Project Period (FY) 2020-10-27 – 2025-03-31
Keywordsナノカーボン / 原子構造 / 炭素同位体比 / ストロマトライト / ラマン分光分析
Outline of Annual Research Achievements

今年度もコロナウイルス感染拡大の影響があり、予定していた野外調査が実現できなかった。 そのためすでに我々が所有しているオーストラリアの岩石試料を用いて、薄片作成、顕微鏡観察、主要微量元素の全岩化学分析、炭酸塩岩の炭素・酸素 ・硫黄同位体分析を行った。その中から有望な試料を選定し、EPMAにより詳細な化学組成マッピングとEBSDを用いた結晶構造解析を行った。さらに高分解能電子顕微鏡(FE-SEM, FE-TEM,デュアルビームFIB)を用いた試料作成とSTEM-EDS分析を基にアトムプローブ分析試料の選定を行った。
EPMAによる詳細な元素マッピングの結果、炭質物質が含まれるチタン石と含まれないチタン石との間に、化学組成の明瞭な差異が認められた。同領域で行ったEBSDの結晶方位マッピングの結果でもチタン石から構成される複数のナノチューブの結晶方位は同方位を示している。一方で数十ミクロンの比較的大きなチタン石結晶は複数の結晶方位を有する結晶の集合体であることが明らかになった。
炭質物質の組織観察では複数の形態が認められ、方解石や石英中に普遍に存在するものや集合体で存在するものが多く認められ、さらにチタン石のナノチューブの先端に濃集する炭質物質も多く確認できた。この観察を基にFIBを用いたTEM試料を作成し、STEM-EDS分析を実施した結果、チタン石のナノチューブの中にルチルの結晶が存在し、炭質物中には硫黄が含まれることも分かった。またTEM高分解能像観察から、チタン石中に結晶度が低い炭質物が存在していることが明らかになり、有機物起源の炭素であると推定される。
また研究代表者が12月にカーティン大学を訪問し、今後の研究進行及び次年度の始めに分析を行うための具体的な日程と試料作成に関する打ち合わせを行った。その際アトムプローブをはじめ様々な設備使用に関する契約を交わした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究の目的は、地球最古の化石を含む岩石の分布地域の地質調査を行い、採取した試料の詳細な地球化学的分析とアトムプローブ分析のための適切な試料を選定し,ファーストデータを得ることである。しかし世界的な新型コロナ感染拡大により、海外への移動を伴う野外調査が長らく制限されていたため、すでに所有しているサンプルを用いたデータの取得に留まっている。また本研究の最初の3年間に計画していた現地地質調査に関して延期することになったため、本研究計画はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は主にフィールド調査、サンプル選出と基礎データ収集、ナノカーボン粒子の超微細組織観察(国内)、アトムプローブ分析およびToF-SIMSによる炭素同位体測定(オーストラリア)を行う予定である。
インドの太古代のシンブン岩体(34億年前)を中心に野外調査と炭質物を含む堆積岩のサンプリングを行う。インド理科大学院大学のSajeev 教授、インド地質調査所のChoudhari博士の協力を得て、研究代表者と1名の博士後期課程院生が調査を実施する。さらに、太古代の有機物化石を含む岩石の産状と分布を調べるために、オーストラリア現地地質調査を研究代表者、2名の研究分担者と1名の博士後期課程院生が実施する。オーストラリアにおいてカーティン大学のFitzsimons教授の協力を得て約2週間キャンプしながら地質調査を行う。特に太古代の微化石の著名な産地であるピルバラクラトンStrelley Pool層中心に炭質物質を含む堆積岩の詳細な調査やサンプリングを行う。
野外調査(オーストラリア)で採集した試料から詳細な分析や観察を行う予定である。具体的には薄片観察やEPMAによる詳細な元素マッピングとEBSDを用いた結晶方位解析を行い、ラマン・赤外分光分析による炭質物質の結晶度を把握する。また、高分解能電子顕微鏡(FE-SEM, FE-TEM,デュアルビームFIB) を用い、ナノカーボン粒子の鉱物・結晶学的特徴および局所構造について観察・分析を行う。さらに、炭質物の形態別の同位体分析を行い、特徴を明らかにすることで、アトムプローブ分析に適したサンプルの選定を行う予定である。
2023年度すでに博士後期課程院生がカーティン大学を訪問し、アトムプローブ分析を実施している。今後アトムプローブ顕微鏡とToF-SIMSを組み合わせた炭素同位体比の3次元構造解析を行い、さらなる考察を行う予定である。

Causes of Carryover

本研究計画では、最初の3年間に計画していたインド、オーストラリア、グリーンランドの現地地質調査が、新型コロナ感染拡大により、調査延期となった。新型コロナ感染拡大が収束し出入国の制限が緩和され、次年度以降、以下の通り調査を行う予定である。インドの太古代のシンブン岩体を中心に野外調査と炭質物を含む堆積岩のサンプリングをインド理科大学院大学の協力を得て行う。さらに、オーストラリアの約35億年前のピルバラ地塊の現地地質調査をカーティン大学の協力を得て実施する。

  • Research Products

    (37 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Indian Institute of Science/Indian Institute of Technology, Kanpur(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      Indian Institute of Science/Indian Institute of Technology, Kanpur
  • [Int'l Joint Research] Curtin University/University of Wollongong(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      Curtin University/University of Wollongong
  • [Int'l Joint Research] University of Johannesburg(南アフリカ)

    • Country Name
      SOUTH AFRICA
    • Counterpart Institution
      University of Johannesburg
  • [Int'l Joint Research] University of Peradeniya(スリランカ)

    • Country Name
      SRI LANKA
    • Counterpart Institution
      University of Peradeniya
  • [Int'l Joint Research] University of Leicester(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      University of Leicester
  • [Journal Article] New approach to obtain the correct chemical compositions by adsorption correction using analytical transmission electron microscopy2023

    • Author(s)
      K. Fujino, N. Tomioka, H. Ohfuji
    • Journal Title

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      Volume: in press Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detrital zircon U-Pb ages and geochemistry of Devonian-Carboniferous sandstones and volcanic rocks of the Hida Gaien belt, Southwest Japan: Provenance reveals a Gondwanan lineage for the early Paleozoic tectonic evolution of proto-Japan2023

    • Author(s)
      Suzuki K., Kurihara T., Sato T., Ueda H., Takahashi T., Wilde Simon A., Satish-Kumar M.
    • Journal Title

      Gondwana Research

      Volume: 115 Pages: 224-255

    • DOI

      10.1016/j.gr.2022.12.005

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Major, trace element, and Nd isotopic compositions of banded iron formation and shales from the Sirsi shelf, Dharwar Craton, India: Implications for paleo-seawater chemistry, post-depositional alteration, and provenance2022

    • Author(s)
      Basu Pallabi, Ishwar-Kumar C., Chaudhary Shipra, Chakrabarti Ramananda, Satish-Kumar M., Sajeev K.
    • Journal Title

      Precambrian Research

      Volume: 382 Pages: 106882

    • DOI

      10.1016/j.precamres.2022.106882

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multiple Sulfur Isotope Geochemistry of the Precambrian Mafic Dykes and Komatiites in the Dharwar Craton, Southern India: Evidence for Crustal Recycling and Enrichment in the Subcontinental Lithospheric Mantle2022

    • Author(s)
      Silpa A. S., Satish-Kumar M.
    • Journal Title

      Lithosphere

      Volume: 2022 Pages: 4679300

    • DOI

      10.2113/2022/4679300

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 2.0Ga orogenic graphite deposits and associated 13C-enriched meta-carbonate rocks from South China Craton: Implications for global Lomagundi event2022

    • Author(s)
      Li Yihe, Satish-Kumar M., Kiran S., Wan Chuanhui, Zheng Jianping
    • Journal Title

      Geoscience Frontiers

      Volume: 13 Pages: 101409

    • DOI

      10.1016/j.gsf.2022.101409

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparison between Raman spectra of carbonaceous material and carbon isotope thermometries in low-medium grade meta-carbonates: Implications for estimation of metamorphic temperature condition2022

    • Author(s)
      Kiran S., Satish-Kumar M., Nakamura Y., Hokada T.
    • Journal Title

      Precambrian Research

      Volume: 374 Pages: 106656

    • DOI

      10.1016/j.precamres.2022.106656

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Paleo- to Mesoarchean crustal growth in the Karwar block, southern India: Constraints on TTG genesis and Archean tectonics2022

    • Author(s)
      Ishwar-Kumar C., Sajeev K., Satish-Kumar M., Williams Ian S., Wilde Simon A., Hokada T., Windley Brian F.
    • Journal Title

      American Journal of Science

      Volume: 322 Pages: 108-163

    • DOI

      10.2475/02.2022.02

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Determination of the laser-induced damage threshold for graphite and coal with deep-UV micro-Raman spectroscopy2022

    • Author(s)
      NAKAMURA Yoshihiro, TAKAHASHI Koji U., HOSOI Jun, HARA Hidetoshi
    • Journal Title

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      Volume: 117 Pages: 007

    • DOI

      10.2465/jmps.220316

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Carbon isotopes as a proxy in tracing carbon mobility in the continental crust of East Antarctica: Implications for carbon geodynamic cycle in orogenic belts2022

    • Author(s)
      Satish-Kumar M.
    • Organizer
      The 13th Symposium on Polar Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural geology and tectonic evolution of the Western Dharwar Craton: some new insights into the Archean tectonics of the Dharwar Craton2022

    • Author(s)
      Lakshmanan Sreehari ,Toyoshima Tsuyoshi, Madhusoodhan Satish-Kumar, Ueda Hayato
    • Organizer
      The 13th Symposium on Polar Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sulfide mineralogy and whole-rock sulfur isotope composition of high-grade metamorphic rocks from the Sor Rondane Mountains, East Antarctica2022

    • Author(s)
      Kawakami Tetsuo, Satish-Kumar M., Mitsubori Tokuya , Silpa Ammini Sasidharan
    • Organizer
      The 13th Symposium on Polar Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carbon in orogenic belts: Sink or source for atmospheric CO2 fluctuations?2022

    • Author(s)
      M. Satish Kumar
    • Organizer
      2022 Annual Convention & 19th International Symposium on Gondwana to Asia
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geodynamic cycle of carbon in the continental crust2022

    • Author(s)
      M. Satish-Kumar
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] Structural and chemical evolution of carbonaceous materials in Archean low to medium grade metasedimentary rocks2022

    • Author(s)
      KIRAN Sasidharan, Nakamura Yoshihiro, Satish-Kumar Madhusoodhan, Ohfuji Hiroaki
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] 東南極ナピア岩体リーセル・ラルセン山の高度変成岩類の硫黄同位体を用いた硫黄の追跡2022

    • Author(s)
      三堀 徳也、サティッシュクマール マドスーダン、外田 智千
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] Sr-Nd isotope geochemical characteristics of meta-dolerite dykes from Western Dharwar craton and its geodynamic implications2022

    • Author(s)
      Silpa Ammini Sasidharan, Satish-Kumar M., Toshiro Takahashi
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] Sulfur isotope study of metacarbonate rocks from Highland Complex, Sri Lanka2022

    • Author(s)
      Aoi Yoshioka, Madhusoodhan Satish-Kumar, K. T. Goto, G. Shimoda, S. P. K., Malaviarachchi
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] Structural architecture of an Archean collision zone; Insights from the Gadag-Mandya Shear Zone (GMSZ) and associated schist belts, Dharwar Craton, southern India2022

    • Author(s)
      Sreehari Lakshmanan, Tsuyoshi Toyoshima, Yoshihiro Nakamura, Satish-Kumar Madhusoodhan, Sajeev Krishnan
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] インド南部ダールワール岩体チトラドゥルガ片岩帯の泥質岩・砂質岩からみた変成作用2022

    • Author(s)
      外田 智千、M. Satish-Kumar、豊島 剛志、片岡 香子、上野 雄一郎、三島 郁、Nasheeth Abdulla、奥平 敬元、猪川 千晶
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] 深紫外顕微ラマン分光法を利用した新しい炭質物地質温度計2022

    • Author(s)
      中村 佳博, 髙橋 幸士, 原 英俊
    • Organizer
      日本鉱物科学会2022年会
  • [Presentation] 東南極セール・ロンダーネ山地の高度変成岩類中の硫化鉱物と全岩硫黄同位体組成2022

    • Author(s)
      河上哲生, Satish-Kumar, M., 三堀徳也, SASIDHARAN Silpa Ammini
    • Organizer
      日本地質学会第129年学術大会
  • [Presentation] 南インドKulappara産のミグマタイトに認められる多相包有物の微細組織観察2022

    • Author(s)
      田口 知樹、Madhusoodhan Satish-Kumar、三宅 亮
    • Organizer
      日本地質学会第129年学術大会
  • [Presentation] 深部沈み込み境界面での流体活動: 長野県大鹿村中央構造線の例2022

    • Author(s)
      中村 佳博、Sasidharan Kiran、Madhusoodhan Satish-Kumar
    • Organizer
      日本地質学会第129年学術大会
  • [Presentation] Origin of Sri Lankan-type vein graphite -スリランカ産鉱脈状グラファイトの起源に関する研究-2022

    • Author(s)
      梅津かな, Satish-Kumar Madhusoodhan, Sanjeewa P. K. Malaviarachchi
    • Organizer
      日本応用地質学会東北支部 第29回 研究発表会
  • [Presentation] Rupture of serpentinized mantle wedge by self-promoting carbonation: insights from Sanbagawa metamorphic belt2022

    • Author(s)
      Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Kazuki Yoshida, Masaoki Uno, Hiroyuki Shimizu, and Madhusoodhan Satish-Kumar
    • Organizer
      European Geosciences Union General Assembly 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geodynamic cycle of carbon in the continental crust2022

    • Author(s)
      Satish-Kumar, M.
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Petrogenesis of mafic dyke swarms from Western Dharwar craton, India: Insights from olivine composition and Sr-Nd isotope geochemistry2022

    • Author(s)
      Silpa Ammini Sasidharan, Madhusoodhan Satish-Kumar, Krishnan Sajeev, Toshiro Takahashi
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Micro-Raman Spectroscopy of low-grade carbonaceous materials and its evolution2022

    • Author(s)
      Kiran Sasidharan, Nakamura Yoshihiro, Satish-Kumar Madhusoodhan
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 182W/184W of the komatiites from Dharwar and Singhbhum cratons, India: implications for the 182W isotope evolution of the mantle2022

    • Author(s)
      鈴木 勝彦, Satish-Kumar M., Chaudhuri T., Jayananda M.
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fluid and carbon cycling in the shallow forearc mantle revealed by serpentinized peridotite from hadal seafloor2022

    • Author(s)
      Ryosuke Oyanagi, Atsushi Okamoto, Madhusoodhan Satish-Kumar, Masayo Minami, Yumiko Harigane, Katsuyoshi Michibayashi
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Metamorphic evolution of Mall Johar region of the central sector of the Himalaays2022

    • Author(s)
      Prakash Chandra Arya, K. Sajeev, M. Satish-Kumar, V. Kiso
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Determination of the laser-induced damage threshold for graphite and coal with deep-UV micro-Raman spectroscopy2022

    • Author(s)
      Yoshihiro Nakamura, Koji U. Takahashi, Jun Hosoi, Hidetoshi Hara
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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