熱水性石英と流体包有物から復元する太古代の海水酸素同位体比進化

• 研究課題/領域番号: 17H04580
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 海外学術
• 研究分野: 地質学
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 渋谷 岳造 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 主任研究員 (00512906)
• 研究分担者: 牛久保 孝行 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 技術研究員 (10722837)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: 海水 / 酸素同位体比 / 太古代 / 熱水系 / 石英 / 流体包有物 / 地質学 / 地球化学 / 地球史

研究成果の概要

太古代の海水の酸素同位体比を地質記録から復元するために、新生代と太古代の地質体の地質調査を行い、海洋底玄武岩の空隙を埋める熱水性石英試料の採取及び分析を行った。熱水性石英の酸素同位体比分析と石英中に存在する流体包有物の均質化温度測定を行った結果、石英を沈殿させた比較的低温の流体の酸素同位体比は、新生代と太古代ともに現在の海水の値に非常に近いことが明らかになった。したがって、海水の酸素同位体比は地球史を通じて海底熱水活動によりバッファされ、その値は現在と変わらず変動が非常に小さかったことが示唆される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

過去の海水の酸素同位体比を明らかにすることは、様々な鉱物から過去の海水温変動を定量的に推定する上で非常に重要である。本研究では、海底下の熱水性鉱物を用いて太古代の海水酸素同位体比を初めて復元することができた。本研究で用いた熱水性石英は顕生代など、より若い時代の地質体にもよく保存されており、今後本研究手法を適用することによって、より詳細な海水酸素同位体進化を推定することができるようになる。また、本研究は地球上の火成岩や変成岩に普遍的に存在する石英試料にも適用することが可能であり、様々な地質セッティングの流体の酸素同位体比を復元することで流体の起源を明らかにすることができるようになると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Simulating serpentinization as it could apply to the emergence of life using the JPL hydrothermal reactor (2020)
  • 著者名/発表者名: White, L.M., Shibuya, T., Vance, S.D., Christensen, L.E., Bhartia, R., Kid, R., Hoffmann, A., Stucky, G.D., Kanik, I. and Russell, M.J.
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 20 号: 3 ページ: 307-326
  • DOI: 10.1089/ast.2018.1949
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental and simulation efforts in the astrobiological exploration of exooceans (2020)
  • 著者名/発表者名: Taubner, R.-S., Olsson-Francis, K., Vance, S., Ramkissoon, N.K., Postberg, F., de Vera, J.-P., Antunes, A., Camprubi Casas, E., Sekine, Y., Noack, L., Barge, L., Goodman, J., Jebbar, M., Journaux, B., Karatekin, _.r., Klenner, F., Rabbow, E., Rettberg, P., Ru_ckriemen-Bez, T., Saur, J., Shibuya, T. and Soderlund, K.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 1 ページ: 1-41
  • DOI: 10.1007/s11214-020-0635-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of paleomagnetic remanence carriers in ca. 3.47 Ga dacite from the Duffer Formation, the Pilbara Craton (2020)
  • 著者名/発表者名: Usui, Y., Saitoh, M., Tani, K., Nishizawa, M., Shibuya, T., Kato, C., Okumura, T. and Kashiwabara, T.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 299 ページ: 106411-106411
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2019.106411
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Peptide synthesis under the alkaline hydrothermal conditions on Enceladus (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahagi, W., Seo, K., Shibuya, T., Takano, Y., Fujishima, K., Saitoh, M., Shimamura, S., Matsui, Y., Tomita, M. and Takai, K.
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 3 号: 11 ページ: 2559-2568
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00108
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] <i>In situ</i> analyses of hydrogen and sulfur isotope ratios in basaltic glass using SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, K., T. Ushikubo, T. Murai, F. Matsu’ura, Y. Ueno
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 53 号: 3 ページ: 195-207
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0559
  • NAID: 130007662306
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient recycling of nutrients in modern and past hypersaline environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Isaji Y.、Kawahata H.、Ogawa N. O.、Kuroda J.、Yoshimura T.、Jimenez-Espejo F. J.、Makabe A.、Shibuya T.、Lugli S.、Santulli A.、Manzi V.、Roveri M.、Ohkouchi N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 3718-3718
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40174-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular-scale insights into differences in the adsorption of cesium and selenium on biogenic and abiogenic ferrihydrite (2019)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Sakiko、Kashiwabara Teruhiko、Shibuya Takazo、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 251 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1016/j.gca.2019.02.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enceladus: Evidence and Unsolved Questions for an Ice-Covered Habitable World (2019)
  • 著者名/発表者名: Sekine Yasuhito、Shibuya Takazo、Kamata Shunichi
  • 雑誌名: Astrobiology: From the origins of life to the search for extraterrestrial intelligence 巻: 1 ページ: 399-407
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_25
  • ISBN: 9789811336386, 9789811336393
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ar?Ar dating for hydrothermal quartz from the 2.4 Ga Ongeluk Formation, South Africa: implications for seafloor hydrothermal circulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito Takuya、Qiu Hua-Ning、Shibuya Takazo、Li Yi-Bing、Kitajima Kouki、Yamamoto Shinji、Ueda Hisahiro、Komiya Tsuyoshi、Maruyama Shigenori
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 5 号: 9 ページ: 180260-180260
  • DOI: 10.1098/rsos.180260
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recycled Archean sulfur in the mantle wedge of the Mariana Forearc and microbial sulfate reduction within an extremely alkaline serpentine seamount (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Shinnosuke、Nishizawa Manabu、Miyazaki Junichi、Shibuya Takazo、Ueno Yuichiro、Takai Ken
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 491 ページ: 109-120
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2018.03.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-enabled metabolic reconstruction of dominant chemosynthetic colonizers in deep-sea massive sulfide deposits (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Shingo、Shibuya Takazo、Takaki Yoshihiro、Hirai Miho、Nunoura Takuro、Suzuki Katsuhiko
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 20 号: 2 ページ: 862-877
  • DOI: 10.1111/1462-2920.14032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biological and physical modification of carbonate system parameters along the salinity gradient in shallow hypersaline solar salterns in Trapani, Italy (2017)
  • 著者名/発表者名: Isaji Y., H. Kawahata, J. Kuroda, T. Yoshimura, N. O. Ogawa, A. Suzuki, T. Shibuya, F. J. Jimenez-Espejo, S. Lugli, A. Santulli, V. Manzi, M. Roveri, and N. Ohkouchi
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 印刷中 ページ: 354-367
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.04.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Europium anomaly variation under low-temperature water-rock interaction: A new thermometer (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakada R.、Shibuya T.、Suzuki K.、Takahashi Y.
  • 雑誌名: Geochemistry International 巻: 55 号: 9 ページ: 822-832
  • DOI: 10.1134/s001670291709004x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Weak hydrothermal carbonation of the Ongeluk volcanics: evidence for low CO2 concentrations in seawater and atmosphere during the Paleoproterozoic global glaciation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Takazo、Komiya Tsuyoshi、Takai Ken、Maruyama Shigenori、Russell Michael J.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 4 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1186/s40645-017-0145-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Removal of organic contaminants from iron sulfides as a pretreatment for mineral-mediated chemical synthesis under prebiotic hydrothermal conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa, M., Saitoh, M., Matsui, Y., Usui, Y. and Shibuya, T.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 51 号: 6 ページ: 495-505
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0481
  • NAID: 130006243143
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deepest and hottest hydrothermal activity in the Okinawa Trough: the Yokosuka site at Yaeyama Knoll (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Miyazaki, S. Kawagucci, A. Makabe, A. Takahashi, K. Kitada, J. Torimoto, Y. Matsui, E. Tasumi, T. Shibuya, K. Nakamura, S. Horai, S. Sato, J. Ishibashi, H. Kanzaki, S. Nakagawa, M. Hirai, Y. Takaki, K. Okino, H. K. Watanabe, H. Kumagai, C. Chen
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 4 号: 12 ページ: 171570-171570
  • DOI: 10.1098/rsos.171570
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] タギッシュレイク隕石のコンドルールとアイソレートオリビン粒子の酸素同位体比分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 牛久保 孝行、木村 眞
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] SIMSによる玄武岩質ガラスの水素、硫黄同位体比分析法とその応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水 健二、牛久保 孝行、村井 呂一、松浦 史宏、上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 初期地球深海熱水環境における非生物学的硝酸還元反応とその意義 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学、齋藤 拓也、眞壁 明子、渋谷 岳造、高井 研
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 海洋中の鉄マンガン酸化物中のテルルと海洋環境の関連性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 深海 雄介、柏原 輝彦、天川 裕史、渋谷 岳造、臼井 朗、鈴木 勝彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 生命の起源と水素と粘土 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渋谷 岳造
  • 学会等名: 第63回粘土科学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] コマチアイト熱水環境における非生物学的硝酸還元と初期地球窒素循環 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学, 斎藤 拓也, 眞壁 明子, 渋谷 岳造, 高井 研
  • 学会等名: 日本地球化学会第65回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 二次イオン質量分析法を用いた斑レイ岩中の輝石の水素同位体比：マントルの水素同位体進化の解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 八木 晃, 伊藤 正一, 石川 晃, 渋谷 岳造, 上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球化学会第65回年会
• [学会発表] 液体二酸化炭素-海水間の元素移動に関する実験的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 瀬尾 海渡, 渋谷 岳造, 菊池 早希子, 眞壁 明子, 藤島 皓介, 高井 研, 冨田 勝
  • 学会等名: 日本地球化学会第65回年会
• [学会発表] 二酸化炭素に富んだ蛇紋岩熱水系の熱水Mg同位体比 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田 修裕, 澤木 佑介, 武井 壮太, 大野 剛, 渋谷 岳造
  • 学会等名: 日本地球化学会第65回年会
• [学会発表] Constrains on the origin of fluid trapped in hydrothermal quartz from 2.4 Ga Ongeluk Fm., South Africa (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Qiu, H-N., Shibuya, T., Komiya, T. & Maruyama, S.
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Tellurium isotope analysis for the surface layer of the ferromanganese crusts from two seamounts in Northwest Pacific (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukami, Y., Kashiwabara, T., Amakawa, H., Shibuya, T., Usui A. & Suzuki, K.
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of Methane in Hakuba Happo Serpentinite-Hosted Hot Spring: 14C and Noble Gas Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Suda K, Aze T, Miyairi Y, Yokoyama Y, Matsui Y, Ueda H, Saito T, Sato T, Sawaki Y, Nakai R, Tamaki H, Takahashi H & Morikawa N
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Oxygen isotope systematics of chondrules and isolated olivine grains from the Tagish Lake C2 chondrite (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ushikubo, M. Kimura
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] In situ oxygen three-isotope analysis of carbonates with 15um and 3um beam: Preliminary results (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ushikubo, W. Fujiya
  • 学会等名: Hayabusa 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen Isotopic Compositions of Archean Mantle Estimated from a 3.2 Ga Gabbro (2018)
  • 著者名/発表者名: Yagi H, Murai T, Ueno Y, Itoh S, Shibuya T
  • 学会等名: Goldschmidt 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 伊豆・小笠原・マリアナ（IBM）島弧と伊豆衝突帯（ICZ）の珪質岩ジルコンの酸素と珪素同位体比の特徴 (2018)
  • 著者名/発表者名: 牛久保孝行、谷健一郎、R. B. Georg
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Prediction on composition of primitive seawater in the Hadean Earth (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田修裕、渋谷岳造
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Hydrogen isotopic ratio of Archean mantle based on ion microprobe analysis of gabbro (2018)
  • 著者名/発表者名: 村居呂一、八木晃、上野雄一郎、伊藤正一、渋谷岳造、Foriel Julien
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Recycled Archean sulfur in the mantle wedge of the Mariana Forearc (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinnosuke Aoyama, Manabu Nishizawa, Junichi Miyazaki, Takazo Shibuya, Yuichiro Ueno, Ken Takai
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Oxygen and silicon isotope ratios of zircons of silicic rocks from the Izu-Bonin-Mariana (IBM) intra-oceanic arc and arc collision zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ushikubo, Kenichiro Tani, R. Bastian Georg
  • 学会等名: The Geological Society of America 129th Annual Meeting (GSA2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 天体衝突による大気の酸化仮説：後期太古代の地質記録による検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 誠史、黒澤 耕介、臼井 洋一、奥村 知世、尾上 哲治、佐藤 峰南、石田 湧也、渋谷 岳造、西澤 学、松井 洋平、澤木 佑介、佐藤 友彦、上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地質学会第124年学術大会
• [学会発表] 天体衝突による大気の酸化仮説:後期太古代の地質記録による検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 誠史、黒澤 耕介、臼井 洋一、奥村 知世、尾上 哲治、佐藤 峰南、石田 湧也、渋谷 岳造、西澤 学、松 井 洋平、澤木 佑介、佐藤 友彦、上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 開放系における隕石ー海水間超高速衝突現象の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学、松井 洋平、渋谷 岳造、須田 好、高井 研、矢野 創
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球海底熱水系における液体・超臨界 CO2と化学進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渋谷 岳造、高井 研
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球コマチアイト熱水系における流体の化学的性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 修裕、渋谷 岳造、澤木 佑介、斎藤 誠史、高井 研、丸山 茂徳
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球のコマチアイト熱水系における流体の化学的性質に関する実験的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 修裕、渋谷 岳造、澤木 佑介、斎藤 誠史、高井 研、丸山 茂徳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Experimental study of hypervelocity impact of meteoritic material into liquid water in an open system for better understanding of the fate of extraterrestrial organics in the Hadean ocean (2017)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nishizawa, Yohei Matsui, Takazo Shibuya, Konomi Suda, Ken Takai, Hajime Yano
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] 初期海洋への天体衝突に伴う岩石水反応の理解を目指した超高速岩石-水衝突実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学、松井 洋平、渋谷 岳造、須田 好、高井 研、矢野 創
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [図書] 深海――極限の世界 生命と地球の謎に迫る (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤倉克則・木村純一・吉田尊雄・渋谷岳造・諸野祐樹・富士原敏也・江口暢久・木元克典・野崎達生・高谷雄太郎・山北剛久
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 9784065160428