地球史を通じた大気海洋二酸化炭素濃度変動

• 研究課題/領域番号: 25707038
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 地質学
• 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: 渋谷 岳造 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 深海・地殻内生物圏研究分野, 研究員 (00512906)
• 研究協力者: 齋藤 拓也 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (50760617)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円); 2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2013年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: 地球史 / 流体包有物 / 大気 / 海洋 / 二酸化炭素 / 超大陸 / 地質学 / 地球化学 / 鉱物学 / 海水

研究成果の概要

地球史を通じた大気海洋CO2濃度変動を明らかにするために、世界12地域9つの時代の海洋底枕状溶岩の空隙を埋める熱水性石英中に保存されている流体包有物の分析を行った。その結果、太古代前期から中期においては暗い太陽を補うことができるだけの大気CO2による温室効果があったこと、太古代後期から原生代前期かけて大気海洋CO2濃度が劇的に減少したこと、が明らかになった。さらに、この太古代後期に始まった大気海洋CO2濃度の減少が地球史最初の超大陸の形成と分裂に関係している可能性、さらに、このCO2濃度の減少が22億年前まで続き全球凍結を引き起こした可能性を初めて地質記録に基づき示すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] PIXE and microthermometric analyses of fluid inclusions in hydrothermal quartz from the 2.2 Ga Ongeluk Formation, South Africa: implications for ancient seawater salinity. (2016)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Shibuya, T., Komiya, T., Kitajima, K., Yamamoto, S., Nishizawa, M., Ueno, Y., Kurosawa, M., and Maruyama, S.
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 286 ページ: 337-351
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2016.10.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Free energy distribution and chimney minerals in Hadean submarine alkaline vent systems; importance of iron redox reactions under anoxic condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibuya, T., Russell, M., Takai, K.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 175 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1016/j.gca.2015.11.021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Authigenic carbonate precipitation at the end-Guadalupian (Middle Permian) in China: Implications for the carbon cycle in ancient anoxic oceans (2015)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Saitoh, Yuichiro Ueno, Yukio Isozaki, Takazo Shibuya, Jianxin Yao, Zhansheng Ji, Katsumi Shozugawa, Motoyuki Matsuo, Naohiro Yoshida
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 2 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1186/s40645-015-0073-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In-situ iron isotope analyses of pyrites from 3.5 to 3.2 Ga sedimentary rocks of the Barberton Greenstone Belt, Kaapvaal Craton (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya, K., Sawaki, Y., Shibuya, Yamamoto, S., Komiya, T., Hirata, T., Maruyama, S.
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 403 ページ: 58-73
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2015.03.007
  • NAID: 130004596433
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ongoing hydrothermal activities within Enceladus (2015)
  • 著者名/発表者名: Hsu, H.-W., Postberg, F., Sekine, Y., Shibuya, T., Kempf, S., Horanyi, M., Juhasz, A., Altobelli, N., Suzuki, K., Masaki, Y., Kuwatani, T., Tachibana, S., Sirono, S., Moragas-Klostermeyer, G., Srama, R.
  • 雑誌名: Nature 巻: 519 ページ: 207-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rock magnetism of tiny exsolved magnetite in plagioclase from a Paleoarchean granitoid in the Pilbara craton (2015)
  • 著者名/発表者名: Usui, Y., Shibuya, T., Sawaki, Y., Komiya, T.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 16 ページ: 112-125
  • NAID: 120006582388
  • 査読あり
• [雑誌論文] Petrology of peridotites and related gabbroic rocks around the Kairei hydrothermal field in the Central Indian Ridge (2015)
  • 著者名/発表者名: Morishita, T., Nakamura, K., Shibuya, T., Kumagai, H., Sato, T., Okino, K., Sato, H., Nauchi, R., Hara, K., Takamaru, R.
  • 雑誌名: Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept 巻: - ページ: 177-193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental assessment of microbial effects on chemical interactions between seafloor massive sulfides and seawater at 4 °C (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato, S., Suzuki, K., Shibuya, T., Ishibashi, J., Ohkuma, M., Yamagishi, A.
  • 雑誌名: Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept 巻: - ページ: 95-103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental hydrogen production in hydrothermal and fault systems: Significance for habitability of subseafloor H2 chemoautotroph microbial ecosystems (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Shibuya, T., Yoshizaki, M., Hirose, T.
  • 雑誌名: Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept 巻: - ページ: 87-94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of hydrothermal and frictional experimental systems to simulate sub-seafloor water-rock-microbe interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Kato, S., Shibuya, T., Hirose, T., Fuchida, S., Kumar, Y.R., Yoshizaki, M., Masaki, Y., Nakamura, K., Kobayashi, K., Masuda, H., Yamagishi, A., Urabe, T.
  • 雑誌名: Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept 巻: - ページ: 71-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploration of Enceladus’ water-rich plumes toward understanding of chemistry and biology of the interior ocean (2014)
  • 著者名/発表者名: Sekine, Y., Takano, Y., Yano, H., Funase, R., Takai, K., Ishihara, M., Shibuya, T., Tachibana, S., Kuramoto, K., Yabuta, H., Kimura, J., Furukawa, Y.
  • 雑誌名: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan 巻: 12
  • NAID: 130004548657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of fluid geochemistry affected by processes during fluid upwelling in active hydrothermal fields in the Izena Hole, the middle Okinawa Trough back-arc basin (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi, J., Noguchi, T., Toki, T., Miyabe, S., Yamagami, S., Onishi, Y., Yamanaka, T., Yokoyama, Y., Omori, R., Takahashi, Y., Hatada, K., Nakaguchi, J., Yoshizaki, M., Konno, U., Shibuya, T., Takai, K., Inagaki, F., Kawagucci, S.
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 48 ページ: 357-369
  • NAID: 130004678556
  • 査読あり
• [雑誌論文] The drive to life on wet and icy worlds (2014)
  • 著者名/発表者名: Russell, M.J., Barge, L., Bhartia, R., Bocanegra, D., Bracher, P., Branscomb, E., Kidd, R., McGlynn, S., Meier, D.H., Nitschke, W., Shibuya, T., Vance, S., White, L., Kanik, I.
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 14 ページ: 308-343
  • 査読あり
• [雑誌論文] 初期地球の海底熱水変質作用に関する地質学的, 地球化学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 47
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactions between basalt and CO2-rich seawater at 250 and 350 °C, 500 bars: implications for the CO2 sequestration into the modern oceanic crust and the composition of hydrothermal vent fluid in the CO2-rich early ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Shibuya, T., Yoshizaki, M., Masaki, Y., Suzuki, K., Takai, K., Russell, M. J.
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decrease of seawater CO2 concentration in the Late Archean: An implication from 2.6 Ga seafloor hydrothermal alteration (2013)
  • 著者名/発表者名: Shibuya, T., Tahata, M., Ueno, Y., Komiya, T., Takai, K., Yoshida, N., Maruyama, S., Russell, M.J.
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Post-drilling changes in fluid discharge pattern, mineral deposition, and fluid chemistry in the Iheya North hydrothermal field, Okinawa Trough (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawagucci, S., Miyazaki, J., Nakajima, R., Nozaki, T., Takaya, Y., Kato, Y., Shibuya, T., Konno, U., Nakaguchi, Y., Hatada, K., Hirayama, H., Fujikura, K., Furushima, Y., Yamamoto, H., Watsuji, T., Ishibashi, J., Takai, K.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical composition and K–Ar age of Phengite from Barrovian metapelites, Loch Leven, Scotland (2013)
  • 著者名/発表者名: Aoki, K., Windley, B., Sato, K., Sawaki, Y., Kawai, T., Shibuya, T., Kumagai, H., Suzuki, K., Maruyama, S.
  • 雑誌名: The Journal of the Geological Society of Japan 巻: 119
  • NAID: 130004756747
  • 査読あり
• [雑誌論文] Petrogenesis of the ridge subduction-related granitoids from the Taitao Peninsula, Chile Triple Junction Area (2013)
  • 著者名/発表者名: Kon, Y., Komiya, T., Anma, R., Hirata, T., Shibuya, T., Yamamoto, S. and Maruyama, S.
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 47
  • NAID: 10031170200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrification-driven forms of nitrogen metabolism in microbial mat communities thriving along an ammonium-enriched subsurface geothermal stream (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa, M., Koba, K., Makabe, A., Yoshida, N., Kaneko, M., Hirao, S., Ishibashi, J., Yamanaka, T., Shibuya, T., Kikuchi, T., Hirai, M., Miyazaki, J., Nunoura, T., Takai, K.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elemental dissolution of basalts with ultra-pure water at 340 °C and 40MPa in a newly developed flow-type hydrothermal apparatus (2013)
  • 著者名/発表者名: Kato, S., Shibuya, T., Nakamura, K., Suzuki, K., Rejishkumar, V.J. and Yamagishi, A.
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 47
  • 査読あり
• [学会発表] Atmospheric CO2 Levels during the Paleoproterozoic Makganyene Glaciation (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibuya T, Ueno Y, Komiya T, Nishizawa M, Kitajima K, Yamamoto S, Saito T, Matsui Y, Kawagucci S, Takai K, Yoshida N, Maruyama S, Russell M
  • 学会等名: Goldschmidt2016
  • 発表場所: PACIFICO YOKOHAMA（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] Ancient Seawater Salinity Retained as Fluid Inclusions in Hydrothermal Quartz from the 2.2 Ga Ongeluk Formation, South Africa (2016)
  • 著者名/発表者名: Saito T, Shibuya T, Komiya T, Nishizawa M, Maruyama S, Kurosawa M
  • 学会等名: Goldschmidt2016
  • 発表場所: PACIFICO YOKOHAMA（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] 22億年前南アフリカーオンゲルック累層に産する熱水性石英中流体包有物を用いた、PIXE分析並びに氷点測定から読み解く当時の海水塩濃度 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 拓也、渋谷 岳造、小宮 剛、丸山 茂徳、黒澤 正紀
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-05-25
• [学会発表] 原生代前期全球凍結時の大気CO2分圧 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造, 上野雄一郎, 小宮 剛, 西澤学, 北島宏輝, 山本伸次, 齋藤拓也, 松井洋平, 川口慎介, 高井研, 吉田尚弘, 丸山茂徳, Russell Michael
  • 学会等名: 2015年度日本地球化学会
  • 発表場所: 横浜国立大学、神奈川県横浜市
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Bioavailable energies in the hydrothermal systems on early Earth and Enceladus (2014)
  • 著者名/発表者名: Takazo Shibuya
  • 学会等名: Japanese-German Frontier of Science Symposium (JGFoS)
  • 発表場所: Hotel INNSIDE by Melia BREMEN, Bremen, Germany
  • 年月日: 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] 地学的観点から、生命の起源海底熱水説 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造
  • 学会等名: 日本進化学会第16回大阪大会
  • 発表場所: 高槻現代劇場、大阪府高槻市
  • 年月日: 2014-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] 原生代前期全球凍結時の大気二酸化炭素分圧 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造、上野雄一郎、小宮剛、 西澤学、北島宏輝、山本伸次、齋藤拓也、高井研、吉田尚弘、丸山茂徳、ラッセルマイケル
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • 年月日: 2014-05-02
• [学会発表] エンセラダスと初期地球の熱水系における生命利用可能エネルギー分布 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造、関根康人、 ラッセルマイケル、 高井研
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • 年月日: 2014-04-30
  • 招待講演
• [学会発表] 地球史を通じた海底熱水系に関する地質学的、地球化学的、実験的研究
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造
  • 学会等名: 2013年日本地球化学会年会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 招待講演
• [学会発表] エンセラダスと初期地球の熱水系生物利用可能エネルギー
  • 著者名/発表者名: 渋谷岳造、関根康人、高井研、ラッセルマイケル
  • 学会等名: 2013年日本地球化学会年会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 招待講演