Raw materials of the Earth: An experimental study on the chondrule-gas reaction

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03652
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 今栄 直也 国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (60271037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀江 憲路 国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (00571093)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 石英ガラス管真空封入実験 / 珪酸塩鉱物の硫化 / エンスタタイトコンドライト / ニニンジェライト / オルダマイト / コンドリュール

Outline of Annual Research Achievements

エンスタタイトコンドライトには、ニニンジェライトやオルダマイトなど還元性の高い鉱物が多産する。これらは極めて低い酸素圧で高い硫黄圧の下、Mg珪酸塩の硫化反応により形成した。FleetとMacRae(1987)による先駆的実験を参考に、出発物質としてマグネシウムに富むかんらん石(サンカルロスオリビン)の単結晶を、硫黄ガス源および硫黄分圧バッファーとして、ピロータイトの単結晶を準備し、これらを各々グラファイト容器に入れて、一つの石英ガラス管に真空封入した。これを1200Cで79時間と1280Cで72時間の加熱を行った。石英管周囲を還元的にするためにアルゴンガスを流した。出発物質のサンカルロスオリビンを取り囲んでニニンジェライトとシリカが形成した。またサンカルロスオリビンと生成物（ニニンジェライトとシリカ）との境界にはエンスタタイトの薄層が2次的に形成した。エンスタタイトおよびディオプサイドの各単結晶でも実施した。また、ピロータイトの代わりにトロイライトの単結晶でも行った。トロイライトでは、1340Cと1430Cで実施した。ピロータイトを用いた時より高い反応温度を必要とするため、高温での石英管の破損を防ぐ二重真空封入法を導入した。さらにMg珪酸塩を炭素質コンドライトに変え、トロイライトをバッファーとして二重真空封入法にて、1430Cで100C/hでコンドリュール合成を行った。この中にニニンジェライトとオルダマイトを確認できた。また、この形成したコンドリュール形状組織は、エンスタタイトコンドライトのタイプIB型のコンドリュールと一致した。これは石英管内でシリカに富むガスが生成するためである。これによりエンスタタイトコンドライトのタイプIB型のコンドリュール形成過程を実験的に再現できることがわかった。実験結果の一部は、極域科学シンポジウムで英語による口頭発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

リュウグウ試料分析と論文化を当年度６月頃に終えたために、本格的に当申請課題を開始することができた。

Strategy for Future Research Activity

一連の実験結果は次年度に地球惑星関連学会で口頭発表予定である。また英語による論文化を進める。エンスタタイトコンドライトにはニニンジェライトやオルダマイト以外にも還元性の高い鉱物が多種存在する。シュライバーサイトやペリアイトといった燐化鉄ニッケル合金の再現やカマサイト中の高いケイ素やクロム含有量の再現、などが対象になる。酸素分圧と硫黄分圧を制御して、さらに還元的な環境も実験的に上記の特異な鉱物の再現を試みる。

Causes of Carryover

予定していた実験を次年度に行うことにしたため。

Research Products

• [Journal Article] A curation for uncontaminated Hayabusa2-returned samples in the extraterrestrial curation center of JAXA: from the beginning to present day (2023)
  • Author(s): Yada Toru, et al. （Naoya Imae, 第29著者)
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Pages: 170-201
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01924-2
• [Presentation] CHRISTIANSEN FEATURE AND RESTSTRAHLEN FEATURE OF ROCKY SAMPLES FOR FUTURE THERMAL INFRARED EXPLORATION (2024)
  • Author(s): S. Furukawa , T. Okada , Z.-L. Li , Y. Shimaki , N. Sakatani , H. Senshu , T. Sekiguchi , H. Demura , T. Arai , T. Kouyama , M. Kanamaru , T. Ishizaki , S. Tanaka , A. Yamaguchi , N. Imae , T. Ojima , R. Kanemaru
  • Organizer: 55th Lunar and Planetary Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シリカに富む多孔質南極微隕石：未知のタイプの太陽系外縁天体起源ダストか？ (2023)
  • Author(s): 野口 高明、松本 里佳子、山口 亮、今栄 直也
  • Organizer: JpGU
• [Presentation] Mild shock metamorphism experienced by surface particles of asteroid Ryugu (2023)
  • Author(s): Naotaka Tomioka, Akira Yamaguchi, Motoo Ito, Masayuki Uesugi, Naoya Imae, et al.
  • Organizer: JpGU
• [Presentation] LABORATORY ALTERATION EXPERIMENTS OF THE UNCONTAMINATED RYUGU PARTICLES (2023)
  • Author(s): N. Imae, N. Tomioka, M. Uesugi, A. Yamaguchi, M. Ito, M. Kimura, R. C. Greenwood, T. Kawai, N. Shirai, T. Ohigashi, M.-C. Liu, K. Uesugi, A. Nakato, K. Yogata, H. Yuzawa, Y. Kodama, M. Yasutake, K. Hirahara, A. Takeuchi, I. Sakurai, I. Okada, Y. Karouji, T. Yada, M. Abe, and T. Usui
  • Organizer: MetSoc
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] COMPARISON BETWEEN CARBON AND NITROGEN IN SURFACE AND SUB-SURFACE MATERIALS FROM ASTEROID (162173) RYUGU (2023)
  • Author(s): Monica. M. Grady , A. B. Verchovsky , R. C. Greenwood , F. A. J. Abernethy , I. A. Franchi , M. Suttle , M. Ito , N. Tomioka , M. Uesugi , A. Yamaguchi , M. Kimura , N. Imae , N. Shirai , T. Ohigashi , J.-P. Bibring, D. Loizeau, C. Pilorge , M-C. Liu , T. Yada , M. Abe , T. Usui
  • Organizer: MetSoc
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] QUANTITATIVE EVOLVED GAS ANALYSIS OF RYUGU SAMPLES IN COMPARISON WITH CI METEORITES (2023)
  • Author(s): A. B. Verchovsky , F. A. J. Abernethy , M. Anand , I. A. Franchi , M. M. Grady , R. C. Greenwood , S. J. Barber , M. Suttle , M. Ito , N. Tomioka , M. Uesugi , A. Yamaguchi , M. Kimura , N. Imae , N. Shirai , T. Ohigashi , M-C. Liu , T. Yada , M. Abe , T. Usui
  • Organizer: MetSoc
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EXTREMELY HIGH Xe CONCENTRATION IN THE HAYABUSA2 C0209 SAMPLE (2023)
  • Author(s): A. B.Verchovsky , F. A. J. Abernethy , M. Anand , I. A. Franchi , M. M. Grady , R. C. Greenwood , S. J. Barber , M. Suttle , M. Ito , N. Tomioka , M. Uesugi , A. Yamaguchi , M. Kimura , N. Imae , N. Shirai , T. Ohigashi , M-C. Liu , T. Yada , M. Abe , T. Usui
  • Organizer: MetSoc
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TIR MULTI-BAND SPECTROSCOPY OF METEORITES AND ROCKS FOR ASTEROID MISSIONS (2023)
  • Author(s): T. Okada , Z.-L. Li , S. Furukawa , Y. Shimaki , N. Sakatani , H. Senshu , T. Sekiguchi , H. Demura , T. Arai , T. Kouyama , M. Kanamaru , T. Ishizaki , S. Tanaka , A. Yamaguchi , N. Imae
  • Organizer: MetSoc
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メラノフロジャイト仮晶を含む多孔質な南極微隕石：氷衛星地下海からの放出物か，未知の太陽系外縁天体の物質か？ (2023)
  • Author(s): 野口高明 , 光成拓也 , 松本里佳子 , 山口亮 , 今栄直也 , 松本徹 , 荒木暢 , 湯澤勇人 , 三宅亮
  • Organizer: 日本鉱物科学会
• [Presentation] An experimental study on the formation of niningerite and oldhamite: Implication for the chondrule formation of the EH3 chondrite (2023)
  • Author(s): N. Imae
  • Organizer: The 14th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal infrared spectroscopic features of meteorites, rocks, and minerals for the application to future planetary missions (2023)
  • Author(s): S. Furukawa , T. Okada , Z. LI , Y. Shimaki , N. Sakatani , H. Senshu , T. Sekiguchi , H. Demura , T. Arai , T. Kouyama , M. Kanamaru , T. Ishizaki , S. Tanaka , A. Yamaguchi , N. Imae
  • Organizer: The 14th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research