微小炭酸塩鉱物の局所高精度同位体比分析による地球惑星表層環境研究への挑戦

• 研究課題/領域番号: 17K18814
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 地球惑星科学およびその関連分野
• 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: 牛久保 孝行 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(高知コア研究所), 技術研究員 (10722837)
• 研究分担者: 藤谷 渉 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 助教 (20755615) ; 池原 実 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90335919)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 二次イオン質量分析計 / SIMS / 炭酸塩 / 隕石 / 耳石 / クロマグロ / 有孔虫 / 同位体 / 酸素同位体 / 探査念

研究成果の概要

海洋研究開発機構高知コア研究所が所有するマルチコレクター型二次イオン質量分析計IMS 1280-HRを用いて炭酸塩の炭素同位体比（13/12C）、酸素同位体比（18/17/16O）と、硫化鉱物の硫黄同位体比（34/32S）の局所分析手法を確立し、応用研究を実践した。
隕石の炭酸塩研究では、一部の小惑星は固体CO2が集積するほど寒冷な遠方で形成されたことを突き止めた。クロマグロの耳石研究では、不定形試料を固定研磨する方法を確立し、酸素同位体比から水温が異なる産卵海域産の個体を識別する事に成功した。海底熱水鉱床研究では、鉱床の成長過程で硫黄同位体比が20パーミル以上変動する事を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

柔らかい炭酸塩や硫化鉱物を平滑に研磨できるようになり、微小試料の精密な元素・同位体比分析が可能となった。炭酸塩は耳石やプランクトン炭酸塩殻の様に生態や環境変動の記録を調べたり、熱水活動などの無機的な化学反応の変動を調べたりするなど、多様な研究に於いて有効な鉱物である。局所同位体比分析手法を確立し、かつクロマグロ耳石試料や隕石試料研究で成果を上げた事で、同手法が研究手法として実用的である事を証明した。

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute for Chemistry(ドイツ)
• [国際共同研究] Lund University(スウェーデン)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [国際共同研究] University of Glasgow(英国)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison/University of Hawaii at Manoa(米国)
• [雑誌論文] Carbon isotopic evolution of aqueous fluids in CM chondrites: Clues from in-situ isotope analyses within calcite grains in Yamato-791198 (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiya Wataru、Aoki Yuto、Ushikubo Takayuki、Hashizume Ko、Yamaguchi Akira
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 274 ページ: 246-260
  • DOI: 10.1016/j.gca.2020.02.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Migration of D-type asteroids from the outer solar system inferred from carbonate in meteorites. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiya, W., Hoppe, P., Ushikubo, T., Fukuda, K., Lindgren, P., Lee, M. R., Koike, M., Shirai, K., and Sano, Y.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 3 号: 10 ページ: 910-915
  • DOI: 10.1038/s41550-019-0801-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Beryllium-boron relative sensitivity factors for melilitic glasses measured with a NanoSIMS ion microprobe (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Kohei、Fujiya Wataru、Hiyagon Hajime、Makino Yoshiki、Sugiura Naoji、Takahata Naoto、Hirata Takafumi、Sano Yuji
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 52 号: 3 ページ: 255-262
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0510
  • NAID: 130007379061
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 年月日: 2018-05-30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Development for in-situ volatile element abundances, and hydrogen and sulfur 2-isotope analyses of silicate glasses by SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ushikubo, Kenji Shimizu
  • 学会等名: 82nd Annual Meeting of the Meteoritical Society
  • 国際学会
• [学会発表] 無水鉱物の酸素同位体比から水の存在を探る (2019)
  • 著者名/発表者名: 牛久保 孝行
  • 学会等名: 水惑星学全体会議
• [学会発表] 耳石酸素安定同位体比分析によるクロマグロの仔魚経験水温の推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村 伸吾、羽根 由里奈、横山 裕典、牛久保 孝行、石村 豊穂、宮入 陽介、小川 展弘
  • 学会等名: 2019年水産海洋学会研究発表大会
• [学会発表] GEMSを産する微隕石と惑星間塵に含まれるコンドルールと何揮発性包有物について (2019)
  • 著者名/発表者名: 野口 高明、大橋 憲昭、ブラッドレー ジョン、中嶋 大輔、中村 智樹、木村 眞、牛久保 孝行、木多 紀子、今栄 直也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Yamato 791198 CMコンドライト中の 炭酸塩鉱物粒子内における酸素・炭素同位体比の不均一性と水質変成過程での同位体比の変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤谷 渉、青木 佑斗、牛久保 孝行、橋爪 光
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [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] 小惑星の揮発性物質存在量 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤谷 渉
  • 学会等名: 2019年日本地球化学会年会
  • 招待講演
• [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: Ushikubo T., Kimura M.
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Chondrule-like objects and a refractory inclusion in GEMS-bearing antarctic micrometeorites and Interplanetary dust particles. (2019)
  • 著者名/発表者名: Noguchi T., Ohashi N., Bradley J. P., Nakashima D., Nakamura T., Kimura M., Ushikubo T., Kita N. T., Imae N.
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of fluid composition inferred from calcite in the Yamato 791198 CM chondrite. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiya W., Aoki Y., Ushikubo T., Hashizume K.
  • 学会等名: 50th Lunar and Planetary Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] The application of SIMS d18O analysis for estimating spawning temperature of Pacific bluefin tuna using otolith. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hane Y., Kimura S., Yokoyama Y., Miyairi Y., Ushikubo T., Ogawa N.
  • 学会等名: 6th International Otolith Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Identifying natal origin of Pacific bluefin tuna using otolith oxygen isotopes measured by SIMS. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hane Y., Kimura S., Yokoyama Y., Miyairi Y., Ushikubo T., Ogawa N.
  • 学会等名: 4th CLIOTOP symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of global warming on spawning behavior of the Pacific bluefin tuna based on otolith oxygen stable isotope analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimura S., Hane Y., Yokoyama Y., Miyairi Y., Ushikubo T., Ogawa N.
  • 学会等名: PICES-2018 Annual Meeting
  • 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: Ushikubo T., Fujiya W.
  • 学会等名: Hayabusa 2018
  • 国際学会
• [学会発表] SIMSによる局所同位体比分析の地球科学への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 牛久保 孝行
  • 学会等名: 北陸古海洋勉強会
• [学会発表] Development of methodology for analyses of larval ambient water temperature of Pacific bluefin tuna using SIMS (2017)
  • 著者名/発表者名: Yulina Hane
  • 学会等名: PICES-2017 Annual Meeting
  • 国際学会