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コア形成と大気散逸過程に着目した地球型惑星の表層水量と大気組成の起源の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19J21445
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
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

櫻庭 遥  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード地球型惑星初期進化 / 惑星表層環境 / マグマオーシャン / 惑星熱進化 / 元素分配 / 地球化学組成 / 金星初期進化 / 惑星科学 / 地球型惑星起源・進化 / 地球化学
研究開始時の研究の概要

同じ地球型惑星でも金星や火星の表層環境は地球とは大きく異なる。惑星の運命を分ける条件を探るため、大気や海洋の主成分である窒素や水素、炭素といった揮発性元素の存在量とその起源に着目する。惑星が集積する際に生じる金属コア形成や大気散逸過程において、地球型惑星の揮発性元素量がどのように進化したのかを理論計算によって明らかにする。本研究は、惑星形成に関する物理的理解と地球化学や固体地球科学の知見を融合させることで、地球型惑星の形成史および現在の表層環境や生命の起源を探る研究である。

研究実績の概要

太陽系の地球型惑星の中でも灼熱乾燥の金星と温暖湿潤な地球、寒冷乾燥の火星はまるで異なる表層環境を持つ。本研究課題の目的は惑星集積・分化過程においてどのようにコア・マントル中の揮発性元素量、大気組成、表層水量が決定されたのかを明らかにすることで地球型惑星の表層環境の起源を解明することである。
本研究課題で中心的に取り組んできた地球揮発性元素組成の起源に関する研究成果を論文にまとめ国際学術雑誌 Scientific Reportsより出版した。本論文では昨年度までに構築した地球集積期の主要揮発性元素存在量進化の理論モデルを用いて、地球の全集積過程に渡る揮発性元素の獲得・分配・散逸過程の振る舞いを調べた。計算の結果、地球の構成材料となったと考えられるコンドライト母天体に対し相対的に炭素や窒素に枯渇した現在の地球の揮発性元素組成は、集積過程において炭素は主に金属コアへ分配され、窒素は主に後期天体集積期の衝突に伴う大気散逸によって宇宙空間へ失われたことによって説明できることを示した。
最終年度である令和3年度は、任意の軌道・サイズを持つ地球型惑星の集積進化を追跡できるよう、マグマオーシャンの熱進化モデルを新たに構築した。このモデルは惑星集積期に形成されるマグマオーシャンが様々なタイムスケールで固化する過程での表層・内部リザーバ間元素分配計算を可能にする。特にマグマオーシャンの冷却速度は惑星軌道に強く依存するため、様々な軌道を持つ惑星の初期進化を理解するため非常に重要である。我々は、地球型惑星集積期に惑星に出入りする熱収支を考慮し、各時刻のマグマオーシャン深さを計算する内部構造進化モデルを完成させた。このモデルを用いて地球型惑星集積期における水や炭素、窒素など惑星表層環境を決定づける揮発性元素の供給・分配・散逸の振る舞いを詳細に調査し、結果については現在論文にまとめて投稿準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ハーバード大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerous chondritic impactors and oxidized magma ocean set Earth’s volatile depletion2021

    • 著者名/発表者名
      Sakuraba Haruka、Kurokawa Hiroyuki、Genda Hidenori、Ohta Kenji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 20894-20894

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99240-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 地球型惑星集積時の内部・表層進化と元素分配2021

    • 著者名/発表者名
      櫻庭 遥, 黒川 宏之
    • 学会等名
      日本惑星科学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 初期金星における大気散逸と元素分配2020

    • 著者名/発表者名
      櫻庭 遥, 黒川 宏之
    • 学会等名
      日本惑星科学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Partitioning and atmospheric loss of major volatile elements on accreting Venus: Implications for the early runaway greenhouse state2020

    • 著者名/発表者名
      Haruka Sakuraba, Hiroyuki Kurokawa
    • 学会等名
      American Geophysical Union fall meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolution of Volatile Composition on the Accreting Earth: Effects of Impact-induced Atmospheric Erosion and Element Partitioning2019

    • 著者名/発表者名
      Haruka Sakuraba, Hiroyuki Kurokawa, Hidenori Genda, and Kenji Ohta
    • 学会等名
      European Geosciences Union General Assembly 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 地球の揮発性元素組成の起源:衝突大気剥ぎ取りとコア形成の寄与2019

    • 著者名/発表者名
      櫻庭 遥, 黒川宏之, 玄田英典, 太田健二
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 惑星集積時のコア形成と衝突剥ぎ取りに着目した地球形成シナリオ2019

    • 著者名/発表者名
      櫻庭 遥
    • 学会等名
      2019年度 第49回 天文・天体物理若手夏の学校
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Effects of core formation and impact-induced atmospheric erosion on Earth’s volatile composition2019

    • 著者名/発表者名
      Haruka Sakuraba, Hiroyuki Kurokawa, Hidenori Genda, and Kenji Ohta
    • 学会等名
      Exoclimes V
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of impact-induced atmospheric erosion and core formation on Earth’s volatile composition2019

    • 著者名/発表者名
      Haruka Sakuraba, Hiroyuki Kurokawa, Hidenori Genda, and Kenji Ohta
    • 学会等名
      European Planetary Science Congress-Division of Planetary Sciences of the American Astronomical Society Joint Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 地球の揮発性元素組成の起源:コア形成と天体衝突による大気散逸の影響2019

    • 著者名/発表者名
      櫻庭 遥, 黒川宏之, 玄田英典, 太田健二
    • 学会等名
      日本惑星科学会2019年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] たくさんの小惑星の衝突が地球の大気と海水の量を決定づけた

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2021/062411

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Origin of Earth's peculiar chemical composition

    • URL

      http://www.elsi.jp/en/news_events/highlights/2021/earths_peculiar_chemical_composition

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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