酸素オーバーシュート仮説の検証

• 研究課題/領域番号: 19K14832
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分17050:地球生命科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 後藤 孝介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (30612171)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 大酸化イベント / オーバーシュート仮説 / 原生代前期 / モリブデン同位体 / 大気進化 / 大気酸素オーバーシュート / 酸化的風化 / 酸素オーバーシュート / ヒューロニアン累層群 / Mo同位体 / Re-Os同位体 / コア試料

研究開始時の研究の概要

本研究では，近年提唱された原生代前期におけるオーバーシュート仮説の検証を，この時代に堆積した浅海性堆積岩や古土壌を対象としたモリブデンの安定同位体に基づき行う．特に本研究では，重金属元素の安定同位体比記録に対する変成作用の影響評価を重視し，現世における風化を被っていないコア試料を用い，さらにRe-Os放射壊変系にも着目する．特に，Re-Os同位体を組み合わせることで，分析試料のＭｏ同位体比の変動が，原生代前期における酸化的風化の履歴を記録しているのか？それとも堆積後の変成作用の情報を記録しているのか？を判別し，原生代前期における地球表層環境変動を詳細に復元する．

研究成果の概要

原生代前期における大気進化を理解するために、カナダ・ヒューロニアン累層群サーペント層のモリブデン同位体分析を行った。サーペント層のモリブデン同位体比は、-0.06から0.32‰の値を示し、太古代や原生代前期の氷河性ダイアミクタイトから制約されている上部大陸地殻の値（0.03 ± 0.18‰）と概ね一致した。このことは、サーペント層が堆積する際に、酸化的風化が起きていなかったことと解釈することが可能であり、少なくとも23.5億年前までは、大気酸素濃度が低いレベルで推移していたこと示唆する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球大気の化学組成が地球史を通じてどのように変化してきたのかは、生命の進化と密接に関係している。本研究により、23.5億年前の堆積物の化学分析に基づき、この時代の大気酸素濃度が低かった可能性が明らかとなった。得られた知見は、原生代前期におきた大気酸素濃度上昇イベント（大酸化イベント）と酸素発生型光合成生物や真核生物の進化・出現の関係を理解する一助になると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Dharanidhar Autonomous College(インド)
• [雑誌論文] Enhanced magmatism played a dominant role in triggering the Miocene Climatic Optimum (2023)
  • 著者名/発表者名: Goto Kosuke T.、Tejada Maria Luisa G.、Tajika Eiichi、Suzuki Katsuhiko
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 4 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s43247-023-00684-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Krol Sandstone-black shale association of the Lesser Himalayan Neoproterozoic succession, Himachal Pradesh, India: An unexplored record of the hothouse aftermath (2022)
  • 著者名/発表者名: Dey Sumit、Dasgupta Prabir、Das Kaushik、Goto Kosuke T.、Matin Abdul、Suzuki Katsuhiko、Kubota Masahiro
  • 雑誌名: Marine and Petroleum Geology 巻: 141 ページ: 105723-105723
  • DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2022.105723
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Progressive ocean oxygenation at ~2.2 Ga inferred from geochemistry and molybdenum isotopes of the Nsuta Mn deposit, Ghana (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosuke T. Goto, Yasuhito Sekine, Takashi Ito, Katsuhiko Suzuki, Ariel D. Anbar, Gwyneth W. Gordon, Yumiko Harigane, Teruyuki Maruoka, Gen Shimoda, Teruhiko Kashiwabara, Yutaro Takaya, Tatsuo Nozaki, James R. Hein, George M. Tetteh, Frank K. Nyame, Shoichi Kiyokawa
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 567 ページ: 120116-120116
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A framework for understanding Mo isotope records of Archean and Paleoproterozoic Fe- and Mn-rich sedimentary rocks: Insights from modern marine hydrothermal Fe-Mn oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: Goto Kosuke T.、Sekine Yasuhito、Shimoda Gen、Hein James R.、Aoki Shogo、Ishikawa Akira、Suzuki Katsuhiko、Gordon Gwyneth W.、Anbar Ariel D.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 280 ページ: 221-236
  • DOI: 10.1016/j.gca.2020.04.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Limited Mo isotopic fractionation in ~2.35-Gyr-old clastic sedimentary rocks in the Huronian Supergroup (2022)
  • 著者名/発表者名: 後藤孝介、下田玄
  • 学会等名: JpGU
• [学会発表] カナダ・ヒューロニアン累層群における23.5億年前の砕屑性堆積岩のMo同位体比組成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 後藤孝介、下田玄
  • 学会等名: 日本地球化学会年会