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太陽系内の水環境における微量元素の動態制約

研究課題

研究課題/領域番号 23K13158
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
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

丹 秀也  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(超先鋭研究開発プログラム), Young Research Fellow (90973321)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2026年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード微量元素 / 水質化学 / 惑星水環境 / 熱水実験 / モンゴル南西部塩湖群 / 生命必須元素 / 重金属 / 吸着
研究開始時の研究の概要

近年の惑星探査により、地球外の天体で液体の水が存在する、あるいは存在したことが明らかとなり、生命の存在可能性や起源から注目を集めている。しかしこれを厳密に制約するうえで重要な微量元素の振る舞いについてはほとんど理解が進んでいない。本研究では「太陽系内の水環境における微量元素の動態制約」を目的として、室内実験・環境調査を基に、生命に必要な環境が微量元素を含め成立する可能性と、そうした環境成立において重要な微量元素を明らかにすることを目指す。

研究実績の概要

近年の惑星探査により、地球外の天体で液体の水が存在する、あるいは存在したことが明らかとなり、生命の存在可能性や起源から注目を集めている。しかしこれを厳密に制約するうえで重要な微量元素の振る舞いについてはほとんど理解が進んでいない。本研究では「太陽系内の水環境における微量元素の動態制約」を目的として、室内実験・環境調査を基に、生命に必要な環境が微量元素を含め成立する可能性と、そうした環境成立において重要な微量元素を明らかにすることを目指す。
本年度は木星のエウロパの海底を模擬した高温高圧での水-岩石反応実験を新たに行い、生命に必要な微量金属元素であるコバルトやニッケル、モリブデンの水中への溶出濃度の測定に成功した。これらの微量金属元素の水中での状態である溶存イオン、およびその濃度を支配する可能性のある鉱物について熱力学データを整理することで水質計算モデルを構築し、実験での濃度を支配した鉱物について検討した。
またモンゴル南西部に位置する塩湖群の湖水に含まれる微量重金属のヒ素、ウラン、モリブデンの濃度について、複数年に渡る調査データを比較し、夏から冬にかけての濃度変化の傾向の一般化を目指した。これらの湖に含まれる溶存元素は、冬季には湖の凍結による濃縮と氷への取り込み、湖底堆積物への吸着、さらに濃縮による炭酸塩を主とした塩類の析出によるpHの変化に左右されうるが、これらの効果をすべて考慮した水質計算モデルを新たに構築した。この計算モデルと比較することで調査データの検討を行った結果、重金属ごとに湖底堆積物への吸着特性が異なるため、結果として湖の凍結に対しての応答も異なるものとなっている可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画通り水岩石反応実験を開始し、岩石から溶解した微量金属の元素の濃度を測定、水質計算モデルの構築を並行して実施することでその濃度を支配した鉱物を推定したが、実験の岩石サンプルの分析による実際に含まれていた鉱物の制約にはまだ至っていない。またモンゴル南西部の塩湖群について本年度は追加調査を実施しなかったが、これはこれまでの調査で採取していたサンプルの再分析を優先したためであり、この再分析と計算モデルの構築により季節変化の傾向を確認できた。

今後の研究の推進方策

申請書の通り、水岩石反応実験でのホスト鉱物を分析し、計算モデルと比較する。また岩石を用いないブランク条件での実験を実施し、微量元素濃度を測定することで、実験の信頼性を評価するデータを収集する。一方で、モンゴル塩湖群の調査サンプルについては氷の中に取り込まれた湖由来の成分の追加分析を行い、計算モデルの信頼性を高めるデータを収集する。現状の計算モデルでは説明ができていない調査データも含まれるため、これを可能とするよう計算モデルを改良する。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] モンゴル国立大学(モンゴル)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Comparing the radiolytic oxidation of sulfur and chloride within ice on Europa and Mars2024

    • 著者名/発表者名
      Tan Shuya、Sekine Yasuhito、Kikuchi Takashi、Suematsu Hisayuki、Hama Tetsuya、Takahashi Yoshio
    • 雑誌名

      Icarus

      巻: 410 ページ: 115873-115873

    • DOI

      10.1016/j.icarus.2023.115873

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Detection of phosphates originating from Enceladus’s ocean2023

    • 著者名/発表者名
      Postberg Frank、Sekine Yasuhito、Klenner Fabian、Glein Christopher R.、Zou Zenghui、Abel Bernd、Furuya Kento、Hillier Jon K.、Khawaja Nozair、Kempf Sascha、Noelle Lenz、Saito Takuya、Schmidt Juergen、Shibuya Takazo、Srama Ralf、Tan Shuya
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 618 号: 7965 ページ: 489-493

    • DOI

      10.1038/s41586-023-05987-9

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Chemical partitioning of trace elements within freezing closed-basin lakes in Mongolia2023

    • 著者名/発表者名
      丹秀也, 福士圭介, Gankhurel Baasansuren, 北島卓磨, Davaasuren Davaadorj, 依田優大
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigations of phosphate behavior within subsurface ocean of Enceladus through hydrothermal experiments and geochemical modeling2023

    • 著者名/発表者名
      丹秀也, 関根 康人, 渋谷 岳造, 齋藤 拓也
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] モンゴル アルカリ塩湖の凍結における微量元素の分配2023

    • 著者名/発表者名
      丹秀也, 福士圭介, Baasansuren Gankhurel, 北島卓磨, Davaadorj Davaasuren, 依田優大
    • 学会等名
      日本地球化学会 第70回年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigations for availability of trace elements in ocean of Enceladus through hydrothermal experiments and geochemical modeling2023

    • 著者名/発表者名
      Tan. S, Sekine, Y., Shibuya, T.
    • 学会等名
      17th International Symposium on Water-Rock Interaction / 14th International Symposium on Applied Isotope Geochemistry
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エンセラダス海洋における生命必須元素濃度の実験・数値的推測2023

    • 著者名/発表者名
      丹 秀也, 関根 康人, 渋谷 岳造
    • 学会等名
      日本惑星科学会 2023年秋季講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Detection of phosphate in Enceladus' ocean with implications for geochemistry and habitability in the outer solar system2023

    • 著者名/発表者名
      Postberg, F., Sekine, Y., Klenner, F., Glein, C. R., Zou, Z., Abel, B., Furuya, K., Hillier, J. K., Khawaja, N., Kempf, S., Noelle, L., Saito, T., Schmidt, J., Shibuya, T., Srama, R., and Tan, S.
    • 学会等名
      EGU General Assembly 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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