同位体分析法および物理化学的知見の統合による、火星マントル脱ガス史の推定

• 研究課題/領域番号: 18J02005
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 地球宇宙化学
• 研究機関: 広島大学 (2020); 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2018-2019)
• 研究代表者: 小池 みずほ 広島大学, 先進理工系科学研究科, 助教
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 火星隕石 / 40億年前 / 炭酸塩 / 局所分析 / 有機窒素 / 有機窒素化合物 / 局所非破壊分析 / 炭酸塩鉱物 / 火星の古環境解明 / 揮発性元素 / 局所同位体分析 / 局所化学種解析

研究実績の概要

太古の火星は海や湖などの液体表層水を保持していたが、時代とともに水を失い現在の乾燥寒冷な表層環境へと変化した。近年の調査により、火星の地表付近には現在も有機物が存在する可能性が指摘されている。しかし、その起源や保存メカニズム、火星の生命環境史との関係などは解明されていない。本研究の目的は、太古の火星環境を火星由来の岩石試料（火星隕石）の地球化学記録から解明することである。
40億年前の火星隕石 ALH84001は、当時の火星の水から沈殿した炭酸塩鉱物の微小粒を含み、太古の火星環境を紐解く鍵となる。先行研究で、この炭酸塩粒に保持された有機炭素の存在が指摘されてきたが、主に技術的なハードルから、他の軽元素の挙動は十分に調べられていなかった。一方、窒素(N)は地球型惑星の大気-水-岩石圏 (および生命圏) のトレーサーとして重要な元素である。そこで本研究では、この炭酸塩にごく僅かに含まれた窒素の化学形態に着目し、微小試料の低汚染準備法を開発し、さらに大型放射光施設SPring-8軟X線ビームラインによる局所X線吸収端近傍構造分析（XANES）を利用することで、火星の窒素の局所非破壊分析を実現した。その結果、ALH 84001の炭酸塩が有機窒素を含み、硝酸等の無機窒素は検出限界以下であることが明らかとなった。有機窒素は、40億年前の火星に隕石などの形で外部から供給されたか、火星上でのアンモニアを介する有機化学反応で生成された後、水-岩石反応による炭酸塩の形成に取り込まれて長期間保存されたと考えられる。本研究結果は、40億年前の火星表層が現在より還元的で、窒素を含む有機化学反応が進行する初期地球に近い環境であった可能性を示唆する。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Carnegie Institution of Washington(米国)
• [国際共同研究] The Open University(英国)
• [雑誌論文] In-situ preservation of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike Mizuho、Nakada Ryoichi、Kajitani Iori、Usui Tomohiro、Tamenori Yusuke、Sugahara Haruna、Kobayashi Atsuko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1988-1988
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15931-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Importance of Phobos Sample Return for Understanding the Mars-moon System. (2020)
  • 著者名/発表者名: Usui, T., Bajo, K., Fujiya, W., Furukawa, Y., Koike, M., Miura, Y. N., Sugahara, H., Tachibana, S., Takano, Y., and Kuramoto, K.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 号: 4 ページ: 49-49
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00668-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for early asteroidal collisions prior to 4.15 Ga from basaltic eucrite phosphate U-Pb chronology (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike Mizuho、Sano Yuji、Takahata Naoto、Iizuka Tsuyoshi、Ono Haruka、Mikouchi Takashi
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 549 ページ: 116497-116497
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116497
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: －
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 火星研究における「火星隕石」の役割：これまでの貢献と将来の展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小池 みずほ、森脇 涼太、臼井 寛裕
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌遊星人 巻: 27 号: 3 ページ: 180-189
  • DOI: 10.14909/yuseijin.27.3_180
  • NAID: 130007546893
  • ISSN: 0918-273X, 2423-897X
  • 年月日: 2018-09-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen isotope analysis of micro-scale apatite inclusions in Archaean zircon grains (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishida A., Koike M., Takahata N., Morita T., David J., Pinti D.L., Sano Y.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 52 号: 6 ページ: 457-466
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0534
  • NAID: 130007534754
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 火星における窒素の循環進化: ALH84001 の痕跡と将来展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小池みずほ
  • 学会等名: 第22回惑星圏研究会(SPS2021)
  • 招待講演
• [学会発表] 火星隕石から探る火星の表層環境進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小池みずほ
  • 学会等名: 生命の起原および進化学会2021年シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of “Martian nitrogen cycle” and its evolution: The case of a young meteorite, Tissint. (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, ,H. Sugahara, T. Usui
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2021
  • 招待講演
• [学会発表] In-situ detection of early Noachian nitrogen-bearing organics from Martian carbonates. (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, T. Usui, Y.Tamenori, H. Sugahara, A. Kobayashi
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] In-situ detection of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates: Implication for nitrogen- cycle on early Mars. (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, R. Nakada, I. Kajitani, T. Usui, Y.Tamenori, H. Sugahara, A. Kobayashi
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2020
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ detection of the nitrogen-bearing organic materials in 4-billion-year-old carbonates from martian meteorite Allan Hills 84001. (2019)
  • 著者名/発表者名: Koike, M., Nakada, R., Kajitani, I., Usui, T., Tamenori, Y., Sugahara, H., and Kobayashi, A
  • 学会等名: The Ninth International Conference on Mars
  • 国際学会
• [学会発表] ALH84001 炭酸塩鉱物からの有機窒素化合物の検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: Koike, M., Nakada, R., Kajitani, I., Usui, T., Tamenori, Y., Sugahara, H., and Kobayashi, A
  • 学会等名: 日本地球化学会 第66回年会
• [学会発表] Thermal and impact history of Vesta: Estimate from in-situ U-Pb dating of phosphate minerals in basaltic eucrites (2018)
  • 著者名/発表者名: Koike, M., Iizuka, T., Mikouchi, T., Ono, H., Takahata, N. and Sano, Y.
  • 学会等名: 81st Annual Meeting of the Meteoritical Society
  • 国際学会
• [備考] (academist Journal) 40億年前の火星の有機物を発見
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=13534
• [備考] (EurekAlert) 4-billion-year-old nitrogen...
  • URL: https://eurekalert.org/pub_releases/2020-04/tiot-4no042720.php
• [備考] (MMXニュース) MMXは火星の有機物の痕跡をフォボスから得られるか
  • URL: https://mmx-news.isas.jaxa.jp/?p=1066&lang=ja
• [備考] (広島大学 研究成果プレスリリース) 40億年前より古い大量隕石衝突の痕跡を発見
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/59830
• [備考] 個人website
  • URL: https://sites.google.com/view/mizuhokoike/home?authuser=0
• [備考] ELSI Research Highlights
  • URL: http://www.elsi.jp/en/news_events/highlights/2020/4_billion_year_nitrogen_molecules_martian_meteorites