レーザー分光を用いたレアアイソトープの高感度検出による新しい定量的環境解析

• 研究課題/領域番号: 18H04142
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分63:環境解析評価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: 坂井 三郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(生物地球化学センター), 主任研究員 (90359175)
• 研究分担者: 狩野 彰宏 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60231263)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2020年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2018年度: 27,820千円 (直接経費: 21,400千円、間接経費: 6,420千円)
• キーワード: レーザー分光 / 安定同位体 / 温度 / 同位体 / レアアイソトープ / 炭酸塩

研究成果の概要

地球環境の動態を理解する上で最も重要なパラメータである温度情報を定量的に得るために、炭酸塩の安定同位体比や微量元素比など多くの手法が提案されてきた。本課題では、クランプト・アイソトープ温度計の中で、温度依存性が高い13C18O16Oと温度依存性が低い13C17O16Oの吸収スペクトルの同時検出に成功した。レーザー分光による13C18O16Oの検討は本課題が初めてで、安定同位体分析の歴史が長いアリゾナ大学と連携しながら、質量分析法に代わる新手法を確立した。さらに、質量分析法では検討されたことのない「13C17O16O」について、一定のデータを取得し、本課題の基礎を築くことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的背景として、地球環境の動態を理解する上で重要なパラメータである温度を復元する代表的な指標である炭酸塩鉱物の安定同位体比の高精度化及び分析試料の微量化という課題が存在する。1950年代にEmilianiが炭酸塩による古水温推定法の道を切り開き、現在では炭酸塩のクランプト・アイソトープを巧みに利用した絶対温度計を手に入れたが、今尚その分析技術や計測結果の解釈には困難がつきまとっている。
本課題では、最先端のレーザー分光技術によるレア・アイソトープの検出法を駆使することで、これまでとは一線を画した炭酸塩の生成温度決定法を提案し、現状打破に一石を投じる定量的環境解析への新しい戦略を提示した。

研究成果

• [国際共同研究] アリゾナ大学(米国)
• [雑誌論文] Subnanomolar Sensitive Stable Isotopic Determination in CO₂ by Tunable Infrared Laser Absorption Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakai Saburo、Otsuka Taiga、Matsuda Shinichi、Sakairi Yoshiyuki、Uchida Ryoma、Sugahara Kazunori、Kano Akihiro、Yang Danzhou
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 号: 17 ページ: 6446-6450
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c05458
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The GAs Extraction and Analyses system (GAEA) for immediate extraction and measurements of volatiles in the Hayabusa2 sample container (2022)
  • 著者名/発表者名: Miura Yayoi N.、Okazaki Ryuji、Takano Yoshinori、Sakamoto Kanako、Tachibana Shogo、Yamada Keita、Sakai Saburo、Sawada Hirotaka
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 74 ページ: 1-17
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-1257103/v1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stratigraphy around the Cretaceous-Paleogene boundary in sediment cores from the Lord Howe Rise, Southwest Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuroda Junichiro、Hagino Kyoko、Usui Yoichi、Bown Paul R.、Hsiung Kan-Hsi、Sakai Saburo、Hackney Ron、Saito Saneatsu、Murayama Masafumi、Ando Takuto、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: GSA Bulletin 巻: 134 号: 5-6 ページ: 1603-1613
  • DOI: 10.1130/b36112.1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 炭酸塩の安定同位体レーザー吸収分光法の開拓 (2021)
  • 著者名/発表者名: 坂井三郎
  • 雑誌名: ぶんせき 巻: 2 ページ: 52-56
  • NAID: 40022497821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protocol for Sampling Sequential Fin Spine Growth Intervals for Isotope Analysis in the Atlantic Bluefin Tuna (2020)
  • 著者名/発表者名: Luque Patricia Lastra、Sakai Saburo、Murua Hilario、Arrizabalaga Haritz
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fmars.2020.588651
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discrimination of eastward trans-Pacific migration of the Pacific bluefin tuna Thunnus orientalis through otolith δ13C and δ18O analyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawazu Masanori、Tawa Atsushi、Ishihara Taiki、Uematsu Yuki、Sakai Saburo
  • 雑誌名: Marine Biology 巻: 167 号: 8 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s00227-020-03723-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Marine Os isotopic evidence for multiple volcanic episodes during Cretaceous Oceanic Anoxic Event 1b (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Hironao、Kuroda Junichiro、Coccioni Rodolfo、Frontalini Fabrizio、Sakai Saburo、Ogawa Nanako O.、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-020-69505-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid and Precise Analysis of Carbon Dioxide Clumped Isotopic Composition by Tunable Infrared Laser Differential Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Zhennan、Nelson David D.、Dettman David L.、McManus J. Barry、Quade Jay、Huntington Katharine W.、Schauer Andrew J.、Sakai Saburo
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 92 号: 2 ページ: 2034-2042
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04466
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pulsed Terahertz Radiation for Sensitive Quantification of Carbonate Minerals (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakai Saburo、Yang Danzhou、Yasuda Takashi、Akiyama Koichiro、Kuga Takayoshi、Kano Akihiro、Shiraishi Fumito、Amekawa Shota、Ohtsuka Susumu、Nakaguchi Kazumitsu、Yamaguchi Shyuhei
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 号: 2 ページ: 2702-2707
  • DOI: 10.1021/acsomega.8b03311
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of tsunami deposits using a combination of radiometric dating and oxygen-isotope profiles of articulated bivalves (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitamura A.、Ito M.、Sakai S.、Yokoyama Y.、Miyairi Y.
  • 雑誌名: Marine Geology 巻: 印刷中 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.margeo.2018.04.003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Changes in detrital input, ventilation and productivity in the central Okhotsk Sea during the marine isotope stage 5e, penultimate interglacial period (2018)
  • 著者名/発表者名: F. J. Jimenez-Espejo, A. Garcia-Alix, N. Harada, A. Bah, S. Sakai, K. Iijima, Q. Chang, K. Sato, K. Suzuki and N. Ohkouchi
  • 雑誌名: Journal of Asian Earth Sciences 巻: 156 ページ: 189-200
  • DOI: 10.1016/j.jseaes.2018.01.032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Rapid measurement of carbonate clumped isotopes using tunable infra-red laser spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Nitzan Yanay, Zhennan Wang, David L. Dettman, Jay Quade, Katharine W. Huntington, Andrew J. Schauer, David D. Nelson, J. Barry McManus, Kaustubh Thirumalai, Mathieu Daron and Saburo Sakai
  • 学会等名: Goldshimidt 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Carbonate clumped isotope calibration from 6 to 1100 °C using an isotope ratio laser spectrometer based on tunable infra-red laser spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang, Z, Yanay, N, Dettman, D., Quade, J., Huntington, K., Schauer, A., Nelson, D., McManus, J., Thirumalai, K. & Sakai, S
  • 学会等名: 10th International Symposium on Isotopomers (ISI) and 12th Isotopes Conference,
  • 国際学会
• [学会発表] 外洋浮遊物に付着するカルエボシの殻の成長 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡部裕美・長井裕希子・小林元樹・山守瑠奈・坂井三郎・多田訓子・西川悠・桑谷立・遊佐陽一
  • 学会等名: 生物付着生物学会
• [学会発表] 琵琶湖産現生セタシジミの殻の酸素同位体比 (2022)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸川正和・堂満華子・坂井三郎・尾坂兼一・勝山政則
  • 学会等名: 日本古生物学会2022年例会
• [学会発表] Initial Analysis of Volatile Components in Hayabusa2 Samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Okazaki, R., Marty, B., Busemann, H., Miura, N.Y., Yamada, K., Sakai, S., et al.
  • 学会等名: 8th Symposium Solar Syestem Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Soluble Organic Matter (SOM) analysis of the Hayabusa2 samples: The first results (2021)
  • 著者名/発表者名: Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Hamase, K., Furusho, A., Hashiguchi, M., Fukushima, K., Aoki, D., Oba, Y., Chikaraishi, Y., Sakai, S., et al.
  • 学会等名: 8th Symposium Solar Syestem Materials
  • 国際学会
• [学会発表] CNHOS ontents with their isotopic compositions and preliminary organic profiles from the Hayabusa2 samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Nsaraoka, H., Ogawa, N.O., Oba, Y., Koga, T., Yoshimura, T., Sakai, S., Ohkouchi, N., Yorimoto, H., Nakamura, T., Noguchi, T., Okazaki, R., Yabuta, H., Sakamoto, K., Tachibana, S., Watanabe, S., Tsuda, Y. and the Hayabusa2-initial-analysis SOM team.
  • 学会等名: Hayabusa Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] CNHOS contents with their isotopic composition: Initial bulk samples from Ryugu (2021)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Ogawa, O.N., Koga, T., Oba, Y., Yoshimura, T., Sakai, S., Ohkouchi, N., Naraoka, H., and Hayabysa2 SOM team
  • 学会等名: 8th Symposium Solar Syestem Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Soluble Organic Matter (SOM) analysis of the Hayabusa2 samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Naraoka, H., Takano, Y., Dworkin, J.P., Hamase, K., Furusho, A., Hashiguchi, M., Fukushima, K., Aoki, D., Oba, Y., Chikaraishi, Y., Sakai, S., et al.
  • 学会等名: 8th Symposium Solar Syestem Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an isotope ratio laser spectrometry for rapid and precise clumped isotope measurement: progress and performance (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang, Z., Yanay, N., Dettman, D., Quade, J. Nelson, D., McManus, B., Huntington, K., Schauer, A. and Sakai, S.
  • 学会等名: Goldshimidt 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Beyond the otolith bubble: Fin spine oxygen isotopes (δ18O) as a proxy for Atlantic bluefin tuna (Thunnus thynnus) movements (2021)
  • 著者名/発表者名: Luque, P.L., Sakai, S., Bidegain, G., Dettman, D.L., Murua, H., Arrizabalaga, H
  • 学会等名: ISOBAY17 - XVII International Symposium on Oceanography of the Bay of Biscay
  • 国際学会
• [学会発表] 具志安・宝島の中期完新世離水サンゴ礁化石Prites spp.から推定する古海洋環境 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岨康輝 ・本郷宙軌 ・田中健太郎・坂井三郎・藤井琢磨 ・山口耕生
  • 学会等名: 日本サンゴ礁学会
• [学会発表] Calibrating the Carbonate Clumped Isotope Thermometer from 7 to 70 C by Automated Laser Spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Nitzan, Y., Wang, Z., Dettman, D.L., Quade, J., Huntington, K.W., Schauer, A.J., Nelson, D., McManus, J.B., Sakai, S
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Microscale stable isotopic analytical system (MICAL3c) reveals high-resolution temperature history of fish otoliths (2019)
  • 著者名/発表者名: 1.Nishida, K., Sakamoto, T., Aono, T., Sakai, S., Ishimura, T.
  • 学会等名: International sclerochronology conference
  • 国際学会
• [学会発表] Stratigraphy of the Cretaceous-Paleogene transition interval at the Lord Howe Rise, southern Pacific (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuroda, J., Saito, S., Usui, Y., Hagino-Tomioka, K., Bown, P.R., Hsiung, K.-H., Sakai, S., Hackney, R., and Ohkouchi, N.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Isotopic records of Pacific halibut otoliths in detection of recent climate-related regime shifts in the Washington coast (2018)
  • 著者名/発表者名: Gao, Y., Svec, R., Sakai, S., Dettman, D.L.
  • 学会等名: International Otolith Symposium
  • 国際学会