コアに吸収された大気圏形成主要元素定量の試み-地球表層環境を決定した大イベント

• 研究課題/領域番号: 14702016
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 地球化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 橋爪 光 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90252577)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 30,680千円 (直接経費: 23,600千円、間接経費: 7,080千円); 2004年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2003年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2002年度: 28,340千円 (直接経費: 21,800千円、間接経費: 6,540千円)
• キーワード: 金属鉄コア / 珪酸塩メルト / 分配実験 / 水素 / 炭素 / 窒素

研究概要

本研究では珪酸塩-金属鉄間の大気形成主要元素の分配実験を行うことによって、これら元素の親鉄性を実証し、地球表層における軽元素組成がいかにして決まったのかを考察した。実験は3段階-(A)高温高圧分配実験(B)走査電子顕微鏡(SEM)と2次イオン質量分析計(SIMS)による試料の微小領域観察(C)ガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS)による水素・炭素・窒素の定量分析〓からなる。本年度は(B)の内、窒素の定量、および、(C)のガスクロマトグラフ質量分析システムの整備を中心に進め、本研究の仕上げを行った。
(B)SIMSによるガラス・金属試料中の窒素分析においては、[窒素濃度]=(定数)x[CN^-]/[C^-]という形で行うのが一般的だが、分析の結果、特に金属中では、同じ試料でも、日によって(細かい分析条件の違いにより)CN^-二次イオンとC^-二次イオンの比がでファクター4以上の範囲でふらつき、定量性に乏しいことがわかった。そこで、以前から手法が確立されているガス元素分析用の質量分析計を用いた定量手法に切り替えた。そこで、多くの試料では、再現性のよい窒素の定量が行えた。結果、3Gpa、酸素活量(logfO2)がIronWustite-2程度の条件で行った実験では窒素の分配係数(金属中濃度/珪酸塩ガラス中濃度)が約40であることがわかった。
(C)ガスクロマトグラフ質量分析システムをガス元素分析用の質量分析システムに直結する真空配管を完成させた。その設備を用い、窒素分析の際に同時に生成された炭素(CO_2)の分析を進めた。結果、炭素の分配係数は窒素より有意に低く、10以下であることがわかった。
本研究から、少なくとも3Gpa、logfO2=IW-2の条件下では、窒素は炭素よりも親鉄性が強いということが示唆された。本研究の結論は、地球岩石圏・水圏・大気圏におけるN/C比推定値が始原的隕石よりも一桁近く低いことに対する説明を、コアマントル分離の際に窒素・炭素がコアに吸収された際に窒素が選択的に金属相に分配されたことに求める仮説と調和的であることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] A non-terrestrial ^<16>O-rich isotopic composition for the protosolar nebula. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hashizume K., Chaussidon, M.
  • 雑誌名: Nature (印刷中)
• [雑誌論文] Nitrogen isotopic analyses at the sub-picomole level using an ultra-low blank laser extraction technique (2004)
  • 著者名/発表者名: Hashizume K., Marty B.
  • 雑誌名: Handbook of stable isotope analytical techniques Vol.1 ページ: 361-374
• [雑誌論文] Protosolar carbon isotopic composition : Implications for the origin of meteoritic organics. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hashizume K., Chaussidon, M., Marty, B., Terada K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 600 ページ: 480-484
• [文献書誌] Marty B., Hashizume K., Chaussidon, M., Wieler R.: "Nitrogen isotopes on the Moon : archives of the solar and planetary contributions to the inner solar system."Space Science Reviews. 106. 175-196 (2003)
• [文献書誌] Hashizume K., Marty B.: "Nitrogen isotopic analyses at the sub-picomole level using an ultra-low blank laser extraction technique"In"Handbook of stable isotope analytical techniques". (印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hashizume K., Chaussidon, M., Marty, B., Terada K.: "Protosolar carbon isotopic composition : Implications for the origin of meteoritic organics."The Astrophysical Journal. 600. 480-484 (2004)
• [文献書誌] Hashizume K., Marty B., Wieler R.: "Analyses of nitrogen and argon in single lunar grains: towards a quantification of the asteroidal contribution to planetary surfaces"Earth Planet. Sci. Lett.. 202. 201-216 (2002)
• [文献書誌] Hashizume K., Marty B.: "Nitrogen isotopic analyses at the sub-picomole level using an ultra-low blank laser extraction technique"In "Handbook of stable isotope analytical techniques". (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Marty B., Hashizume K.Chaussidon, M., Wieler R.: "Nitrogen isotopes on the Moon : archives of the solar and planetary contributions to the inner solar system"Space Science Reviews. (印刷中). (2003)