• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

地下凍土融解地域の地質・微生物調査及び機械学習に基づく火星水環境の理解

Research Project

Project/Area Number 20H00195
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

関根 康人  東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (60431897)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) McGlynn Shawn・E.  東京工業大学, 地球生命研究所, 准教授 (10751084)
庄司 大悟  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 招聘研究員 (10831109)
福士 圭介  金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 教授 (90444207)
石上 玄也  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90581455)
GUTTENBERG NICHOLAS・RYAN  東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (10747132)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥45,630,000 (Direct Cost: ¥35,100,000、Indirect Cost: ¥10,530,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,080,000 (Direct Cost: ¥11,600,000、Indirect Cost: ¥3,480,000)
Fiscal Year 2020: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000)
Keywords宇宙・惑星化学 / 固体惑星探査 / 陸域水循環・物質循環 / 大気圏・水圏化学 / 生物圏地球化学
Outline of Research at the Start

火星には現在、液体の水が存在するのか。いつどこに出現し、そこに生命はいるのか―この問いに答えることは、惑星科学に留まらず、宇宙生物学や宇宙工学にまたがる課題である。本研究では、この問いに答えるため、地下凍土層の融解により形成されている可能性がある、火星の急斜面に出現消失を繰り返す暗い筋模様(Recurring Slope Lineae, RSL)に着目し、その地球上のアナログ地形の調査を行う。詳細な地質・微生物調査と、無人観測ステーションによる長期観測、機械学習による地形パターン認識により、RSL形成メカニズムの解明、RSL付近の生態系推定、水の活動を伴う火星RSLの探索を行う。

Outline of Annual Research Achievements

火星における液体の水の存否、生命生存可能性は長年の謎である。本研究では、これに答える鍵が、火星斜面上に出現・消失を繰り返す暗い筋模様(Recurring Slope Lineae: RSL)にあると考える。RSLは地下凍土層の季節的融解によって形成されている可能性があるが、周回観測のみではその成因を特定できない。本研究では、乾燥寒冷なモンゴル国ゴビ・アルタイ地域に見つかるRSLの地球アナログに着目し、調査・観測を行う。地球RSLの地質調査と現地無人観測ステーションによる長期観測、機械学習による地形パターン認識により、1)RSL形成メカニズムの解明、2)RSL付近の生態系推定、3)水の活動を伴う火星RSLの判定・探索を行う。
初年度は、新型コロナウィルスによる海外調査の制限から、当初の野外調査に関する計画を変更し、研究活動を行った。調査地域の国際共同研究者に依頼し、調査地域の調査、サンプリングを行ってもらったため、計画に致命的な影響はでていない。
1)RSL形成メカニズムの解明については、無人観測ステーションのシステム設計と開発を行った。日本国内の類似野外環境でステーションを設置し、実地テストをくり返すことでノウハウを蓄積した。また、土壌試料や地下水の化学組成から、水の供給プロセスを明らかにすることを目的とし、土壌中での地下水からの鉱物沈殿実験を行った。国際共同研究者が得た乾燥域の湖の水質季節変化データを再現するモデルを構築し、この知見を氷衛星や初期火星の水質復元へと適応し、高精度の水質復元を可能にした。
2)RSL付近の生態系推定については、国際共同研究者の調査により採取・輸送された土壌サンプルからDNA抽出およびシーケンス解析を行った。
3)水の活動を伴う火星RSLの判定・探索については、リモートセンシングデータの収集・解析を進め、機械学習に用いるためのカテゴライズを完了した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

現地調査については、新型コロナの影響により実施が見送られたが、国際共同研究者の協力により、継続的なサンプリングやモニタリングを行うことができた。そのため、致命的な遅れはなく、研究を順調に進めることができている。本年度は、観測ステーションのシステムモデルの設計を完了した他、共同研究者が取得した乾燥域の湖の水質季節変化を説明する水質モデルを構築することができた。また、構築したモデルを用いて、高精度の初期火星水環境を実現する土台となる知見の獲得を行うことができた。また、火星表面画像の機械学習については、膨大な量の画像データの収集とカテゴライズを終了し、これを使った任意画像の分類のステージに計画通り進むことができた。以上により、目標とする研究内容を順調に達成しつつあると言える。

Strategy for Future Research Activity

次年度においても、新型コロナの影響により現地調査は制限されることが予想される。そのため、初年度と同様に国際共同研究者による継続的なモニタリングとサンプリング、さらには観測ステーションの設置を依頼し、研究の遅延が生じないようにする。水質復元については、従来の湖の水質季節変化のモデル化に、冬季の凍結時の水質変化も合わせてモデル化できるように発展させる。凍結時の水質変化は、初期火星のみならず、氷天体の水質復元にも有用である。室内実験では、RSLの形成における塩析出の役割、表層流出現の物理過程に着目し、これを明らかにする。機械学習については、RSLに加え、地下氷の崩壊で形成したと考えられるカオス地形にも着目し、カオス地形の成因別分類を行うニューラルネットワークを構築する。構築したニューラルネットワークを用いて、火星上のカオスの分類を行う。

Report

(2 results)
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report

Research Products

(32 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] モンゴル国立大学(モンゴル)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Centro de Astrobiologia(スペイン)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] アリゾナ州立大学(米国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] An experimental study of photo-oxidation of Fe(II): Implications for the formation of Fe(III) (hydro)oxides on early Mars and Earth2021

    • Author(s)
      Tabata, H., Sekine, Y., Kanzaki, Y., Sugita, S.
    • Journal Title

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      Volume: 299 Pages: 35-51

    • DOI

      10.1016/j.gca.2021.02.006

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Progressive ocean oxygenation at ~2.2 Ga inferred from geochemistry and molybdenum isotopes of the Nsuta Mn deposit, Ghana2021

    • Author(s)
      Kosuke T. Goto, Yasuhito Sekine, Takashi Ito, Katsuhiko Suzuki, Ariel D. Anbar, Gwyneth W. Gordon, Yumiko Harigane, Teruyuki Maruoka, Gen Shimoda, Teruhiko Kashiwabara, Yutaro Takaya, Tatsuo Nozaki, James R. Hein, George M. Tetteh, Frank K. Nyame, Shoichi Kiyokawa
    • Journal Title

      Chemical Geology,

      Volume: 567 Pages: 120116-120116

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2021.120116

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Radar Sounding of Subsurface Structure in Eastern Coprates and Capri Chasmata, Mars2020

    • Author(s)
      Noguchi Rina、Ishiyama Ken、Kumamoto Atsushi、Uemura Chihiro、Kasaba Yasumasa、Usui Tomohiro、Oura Aina、Shoji Daigo
    • Journal Title

      Geopysical Research Letter

      Volume: 47 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1029/2020gl088556

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Habitability and planetary redox2020

    • Author(s)
      Sekine, Y.
    • Journal Title

      Viva Origino

      Volume: 48 Pages: 1-13

    • NAID

      130008113733

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hydrogeochemical study on closed-basin lakes in cold and semi-arid climates of the Valley of the Gobi LakesMongolia: Implications for hydrology and water chemistry of paleolakes on Mars2020

    • Author(s)
      Sekine, Y., T. Kirajima, K. Fukushi, B. Gankhurel, S. Tsetsgee, D. Davaasuren, et al.
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 10 Pages: 1-24

    • DOI

      10.3390/min10090792

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In-situ formation of monohydrocalcite in alkaline saline lakes of the Valley of Gobi Lakes: Prediction of Mg, Ca, and total dissolved carbonate concentrations in Enceladus’ ocean and alkaline-carbonate ocean worlds2020

    • Author(s)
      Fukushi, K., Imai, E., Sekine, Y., Kitajima, T., Gankhurel, B., Davaasuren, D., Hasebe, N.
    • Journal Title

      Minerals

      Volume: 10 Pages: 1-15

    • DOI

      10.3390/min10080669

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A framework for understanding Mo isotope records of Archean and Paleoproterozoic Fe- and Mn-rich sedimentary rocks: Insights from modern marine hydrothermal Fe-Mn oxides2020

    • Author(s)
      Goto Kosuke T.、Sekine Yasuhito、Shimoda Gen、Hein James R.、Aoki Shogo、Ishikawa Akira、Suzuki Katsuhiko、Gordon Gwyneth W.、Anbar Ariel D.
    • Journal Title

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      Volume: 280 Pages: 221-236

    • DOI

      10.1016/j.gca.2020.04.017

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] モンゴル南部塩湖群の結氷時における鉱物生成と水-氷-堆積物間元素分配2021

    • Author(s)
      依田優大
    • Organizer
      金沢大学環日本海域環境研究センター2020年度共同利用成果報告会、オンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Laboratory investigations of eruption and salt mineralization of subsurface seawater on Ceres and other geologically active icy bodies2021

    • Author(s)
      依田優大、 関根康人
    • Organizer
      第4回水惑星学全体会議、金沢大学、金沢市、石川県
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 初期地球の衝突熱水系における二酸化炭素の還元と有機化合物の生成2021

    • Author(s)
      金子和夢
    • Organizer
      第4回水惑星学全体会議、金沢大学、金沢市、石川県
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 初期火星における強酸性表層水による表層のAlに富む粘土鉱物形成の可能性2021

    • Author(s)
      杉内光輝
    • Organizer
      第4回水惑星学全体会議、金沢大学、金沢市、石川県
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] モンゴル凍結塩湖における水-氷間の塩の分配と氷天体地下海への応用2021

    • Author(s)
      依田優大、 関根康人、 福士圭介、 北島卓磨、 Gankhurel Baasansuren、 Davaasuren Davaadorj、 庄司大悟、 高橋嘉夫
    • Organizer
      第8回衛星系研究会、オンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習によるカオス地形の識別と分類:火星・氷天体への応用2021

    • Author(s)
      庄崎弘基、 関根康人、 N. Guttenberg
    • Organizer
      第8回衛星系研究会、オンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 埋没によるイオのパテラの一様分布への自己組織化2020

    • Author(s)
      庄司大悟
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Laboratory investigations of eruption and salt precipitation of subsurface seawater on Europa and other geologically active icy bodies2020

    • Author(s)
      Yoda M., Sekine, Y.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Classification of Martian chaos terrains using imagery machine learning: Implications for ground ice distributions and dynamics2020

    • Author(s)
      Shozaki, H., Sekine, Y., Guttenberg, N.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact-induced hydrothermal systems on early Earth: Potential places for efficient CO2 reduction and formation of complex organic molecules2020

    • Author(s)
      Kaneko, K., Sekine, Y., Shibuya, T., Ueda, H., Noda, N., Genda, H., Takahashi, Y.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective Formation of Al-Rich Surface Clays Through Highly Acidic Water Activity on Early Mars2020

    • Author(s)
      Sugiuchi, M., Sekine, Y., Tan, S., Noda, N., Takahashi, Y., Ramirez, R.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact-induced hydrothermal systems on early Earth: CH4 production and the origin of life2020

    • Author(s)
      Kaneko, K., Sekine, Y., Shibuya, T., Ueda, H., Noda, N.
    • Organizer
      Goldschmidt 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective Formation of Al-Rich Surface Clays Through Highly Acidic Water Activity on Early Mars2020

    • Author(s)
      Sugiuchi, M., Sekine, Y., Tan, S., Noda, N., Takahashi, Y., Ramirez, R.
    • Organizer
      Goldschmidt 2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Field investigation on capturing of lake water salts within surface ice on ice-covered saline lakes in Mongolia: Implications for icy shell compositions of Solar System icy bodies2020

    • Author(s)
      Yoda M., Sekine, Y., Fukushi, K., Kitajima, T., Gankhurel, B., Davaasuren, D., Shoji, D., Takahashi, Y.
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recognition and classification of Martian chaos terrains using imagery machine learning2020

    • Author(s)
      Shozaki, H., Sekine, Y., Guttenberg, N.
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact-generated hydrothermal systems that can promote organic synthesis: Implications for the origin of life2020

    • Author(s)
      Kaneko, K., Sekine, Y., Shibuya, T., Ueda, H., Noda, N.
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective formation of Al-rich surface clays through acidic water activity on early Mars2020

    • Author(s)
      杉内光輝、 関根康人、 丹秀也、 野田夏実、 高橋嘉夫、 Ramses M. Ramirez
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低温条件におけるモノハイドロカルサイトの生成2020

    • Author(s)
      北島卓磨、福士圭介、関根康人、依田優大、Baasansuren Gankhurel、Davaadorj Davaasuren、武市泰男、高橋嘉夫
    • Organizer
      2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会、オンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Water Chemistry of Early Mars Recorded in Interlayer of Smectite and Secondary Minerals from Gale2020

    • Author(s)
      Fukushi, K., Sekine, Y.
    • Organizer
      57th Annual Meeting of the Clay Minerals Society, Discovery Hall, Richland, Washington, US
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Evolution of aqueous environment on Early Mars inferred from reconstructed water chemistry at Gale2020

    • Author(s)
      福士 圭介、関根 康人
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 氷形成を駆動力とした鉱物形成過程の検証:南モンゴルのアルカリ塩湖凍結時にみられる自生炭酸塩鉱物生成2020

    • Author(s)
      北島 卓磨、福士 圭介、ガンフレル バーサンスレン、関根 康人、依田 優大、ダバースレン ダバードルジ
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Habitable aqueous environment on Early Mars inferred from reconstructed water chemistry at Gale2020

    • Author(s)
      福士 圭介、関根 康人、佐久間 博、森田 康暉、Robin Wordsworth
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting2020, Virtual
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi