2023 Fiscal Year Research-status Report
Molecular and isotopic characterization of Earth's oldest organic materials using Atom Probe Tomography
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20KK0081
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的「地球上最古の有機物化石の原子構造と炭素同位体解析を行い、生命の起源を解明する」を実施するために、オーストラリアピルバラクラトンStrelley Pool層から採集した試料に対して、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い、有機物の痕跡と考えられるマイクロチューブ組織を含む試料を選定した。選定した試料について、さらにEPMAによる詳細な化学組成マッピングとEBSDを用いた結晶構造解析、集束イオンビーム（FIB）と透過電子顕微鏡（TEM）を用いた薄膜試料作成とナノスケール観察・化学分析を行った。EBSD分析の結果、マイクロチューブの内部はチタン石とごく少量の緑泥石により充填され、チタン石のごく僅かな結晶方位差を伴う亜粒界組織を含むものの基本的には単結晶であることがわかった。チタン石マイクロチューブは、湾曲したり、側方へ分岐（特に粒界）したり放射状の集合形態を示すものが多く、チューブ先端に黄鉄鉱を含むものも観察された。
以上の観察結果に基づき試料を選別し、研究代表者と博士後期課程院生で6月にカーティン大学を訪問し、アトムプローブ分析を実施した。3つのチタン石のマイクロチューブ内から、FIBを用いて20個のナノニードル試料を作成した。そのうち11個の試料を分析し、チタン石やホスト石英における3次元原子分布を作成することに成功した。チタン石中には原子レベルでアルミや水素のバンド状構造が含まれ、炭素の濃集も普遍的に確認された。水素が濃集するバンドは3次元的に2方向へ伸長しており、片方はアルミのバンドと同様の方位に分布し、炭素濃集部位は水素に覆われていることが観察された。現時点での予察的な解釈では、火山ガラス界面での太古代生命の活動でチタンに飽和した溶液が濃縮され、単結晶のチタン石がチューブ状に成長した可能性が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の目的には、地球最古の化石を含む岩体の地質調査を通して、地球初期の生命痕跡に対する詳細な地球化学的分析とアトムプローブ分析を行うのに適した試料を採集・選定することが含まれている。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に対する制限が続いていたため、最初の3年間に計画していた現地地質調査を延期せざるを得なかった。現在は、すでに所有しているオーストラリアピルバラクラトンStrelley Pool層のストロマトライト試料を用いて、鉱物の化学分析・化学組成マッピング（EPMA）と結晶構造解析（EBSD）、集束イオンビーム（FIB）を用いた薄膜試料作成とSTEM-EDS分析、アトムプローブ分析についても実績を積んだものの、試料数が限られ予察的な結果を得るに留まっている。そのため、当初予定より本研究計画はやや遅れている状態である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度はフィールド調査、サンプルの選定と岩石鉱物学的な基礎データの収集、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（オーストラリア）、SIMSによる炭素・硫黄同位体測定（オーストラリア）を行う予定である。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、オーストラリアでの地質調査を研究代表者と学生が実施する。カーティン大学のFitzsimons教授の協力を得て約2週間キャンプを実施しながら野外地質調査を行う。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地質調査やサンプリングを行う。野外調査（オーストラリア）で採集した試料について、これまでに確立した試料調整や分析・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を用いた結晶構造解析を行い、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) を用いて、ナノカーボン粒子の鉱物・結晶学的特徴および分子構造について観察・分析を行う。さらに、炭質物の形態別の同位体分析を行い、化学的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。
またカーティン大学を訪問し、アトムプローブ分析と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。
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| 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、今年度、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予定である。さらに、グリーンランドに関する具体的な調査計画について、オーストラリアウーロンゴン大学のAllen Nutman教授と打ち合わせを行う予定である。
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[Journal Article] High-grade metamorphism of banded iron formations: The role of saline fluids in promoting the growth of pyroxene and garnet reaction textures along magnetite-quartz grain boundaries2024
Author(s)
George, P.M., Harlov, D.E., Windley, B.F., Satish-Kumar, M., Sajeev, K. and Zhai, M.
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Journal Title
Mineralogy and Petrology
Volume: Published online
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Significance of failed rifts in the Archean tectonics: Clues from structural and stratigraphic framework of the Chitradurga Schist Belt, Western Dharwar Craton, southern India2024
Author(s)
Sreehari, L., Suzuki, K., Silpa, A.S., Toyoshima, T., Ueda, H., Satish-Kumar, M. and Kamei, A.
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Journal Title
Precambrian Research
Volume: 405
Pages: 107344～107344
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Revealing the link between A-type granites and hottest melts from residual metasedimentary crust2023
Author(s)
Carvalho, B.B., Bartoli, O., Cesare, B., Satish-Kumar, M., Petrelli, M., Kawakami, T., Hokada, T. and Gilio, M.
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Journal Title
Geology
Volume: 51
Pages: 845～849
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Crustal evolution of olivine-charnockite from south-eastern Madurai Block, Indiaand Wanni Complex, Sri Lanka2024
Author(s)
Sajeev,K., P Rajkumar, I. Kitano, Durgalakshmi Durgalakshmi, M. Satish-Kumar, Sayantani Chatterjee, Ian S. Williams, E. TAKAZAWA
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2024
Int'l Joint Research
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[Presentation] Structural evolution and stratigraphic relations in the Western Dharwar Craton (WDC) and its implications in regional scale tectonics2023
Author(s)
Sreehari, L., Suzuki, K., Silpa, A.S., Toyoshima, T., Ueda, H., Satish-Kumar, M.and Kamei, A.
Organizer
International Association for Gondwana Research 2023 Convention and 20th International Conference on Gondwana to Asia
Int'l Joint Research
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[Presentation] 3D-tectonothermal structure of deeply subducted materials revealed in the Akaishi Mountains, Nagano, Japan: Implications for Izanagi-Pacific ridge subduction and exhumation tectonics2023
Author(s)
Nakamura, Y., Miyazaki, K., Takeuchi, M., Iwano, H., Danhara, T., Hirata, T.
Organizer
Japan Geoscience Union Meeting 2023
Int'l Joint Research
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