水惑星学創成に向けた分子地球化学分析

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 水惑星学の創成
• 研究課題/領域番号: 17H06458
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 福士 圭介 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90444207)
• 研究分担者: 木村 正雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00373746) ; 高橋 嘉夫 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396) ; 武市 泰男 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (40636461) ; 中田 亮一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 技術研究員 (50726958) ; 癸生川 陽子 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70725374) ; 佐久間 博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (20400426)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: X線顕微鏡 / 分子地球化学プロキシ

研究実績の概要

水惑星表層の水-岩石系に存在する酸化還元・pH勾配は、生命にエネルギーを供給する。そのため、これらの勾配を支配する水環境の物理化学条件（pH、酸化還元状態、元素濃度）を復元することは、水惑星と生命の関係を探るうえで本質的である。本計画研究は、領域全体における最先端の分析拠点の構築と水環境復元のための化学反応素過程の解明を担っている。その中核的テーマとして、(1) X線顕微鏡(STXM)を中心とする分析拠点による分子地球化学的解析の推進、(2) 水-岩石反応の解析による分子地球プロキシの開発、(3) (1),(2)の地球外試料への応用による水惑星の物質循環や進化史の解明を推進する。
本年度は新設のBL-19A/STXMの実試料への適用を進めるとともに、STXM研究推進ボードを立ち上げ、領域内外を対象とした共同利用体制の整備を行った。
分子地球化学プロキシの検証と適用に関しては、A02班と共同で、火星ゲールクレータに探査データを解析することで、かつて堆積物の間隙を満たしていた液体の水の水質復元に成功した。太古の火星に存在した液体の水の塩分やpHといった火星の水質が生命の生存に適したものであることを明らかにした。また分析された塩分になるためには、初期火星において100万年程度の温暖期にわたって湖に塩分が運ばれて濃縮される必要があることも確かめ、火星の湖が有機物の重合・高分子化に有利な、生命誕生にとって適した場であったことを示した。

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

STXM共同利用体積を確立することができた。また、太古の火星に存在した液体の定量的な水質復元に成功した。以上の成果より、当初予定通り順調に研究が進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

（１）ビームライン維持・高度化：地球惑星科学分野のさまざまな研究者によるSTXM研究を推進するため、STXM研究支援を推進する
（２）X線顕微鏡を利用した地球外物質の分析：特に、水質変質過程における有機物と鉱物の相互作用を明らかにする。またX線顕微鏡を用いた地球外物質の分析手法の確立・強化を行う。
（３）地球化学プロキシの開発：地球外試料の分析データから水の物理化学情報（pH、酸化還元状態、塩濃度など）を推定する手法の開発を行う。また開発した地球化学プロキシを適用することで水惑星の水質復元を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Alteration and Stability of Complex Macromolecular Amino Acid Precursors in Hydrothermal Environments (2020)
  • 著者名/発表者名: Elmasry Walaa、Kebukawa Yoko、Kaneko Takeo、Obayashi Yumiko、Fukuda Hitoshi、Oguri Yoshiyuki、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Origins of Life and Evolution of Biospheres 巻: 50 ページ: 15～33
  • DOI: 10.1007/s11084-020-09593-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Primordial organic matter in the xenolithic clast in the Zag H chondrite: Possible relation to D/P asteroids (2020)
  • 著者名/発表者名: Kebukawa Yoko、Zolensky Michael E.、Ito Motoo、Ogawa Nanako O.、Takano Yoshinori、Ohkouchi Naohiko、Nakato Aiko、Suga Hiroki、Takeichi Yasuo、Takahashi Yoshio、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 271 ページ: 61～77
  • DOI: 10.1016/j.gca.2019.12.012
• [雑誌論文] Reactor environment during the Fukushima nuclear accident inferred from radiocaesium-bearing microparticles (2020)
  • 著者名/発表者名: Okumura Taiga、Yamaguchi Noriko、Suga Hiroki、Takahashi Yoshio、Segawa Hiroyo、Kogure Toshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58464-y
• [雑誌論文] Fluorine and chlorine fractionation during magma ocean crystallization: Constraints on the origin of the non-chondritic F/Cl ratio of the Earth (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara Hideharu、Kagoshima Takanori、Nakada Ryoichi、Ogawa Nobuhiro、Yamaguchi Asuka、Sano Yuji、Irifune Tetsuo
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 520 ページ: 241～249
  • DOI: doi:10.1016/j.epsl.2019.05.041
• [雑誌論文] Examination of analytical conditions of cerium (Ce) isotope and stable isotope ratio of Ce in geochemical standards (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakada Ryoichi、Asakura Naoko、Nagaishi Kazuya
  • 雑誌名: GEOCHEMICAL JOURNAL 巻: 53 ページ: 293～304
  • DOI: doi:10.2343/geochemj.2.0567
• [雑誌論文] Variation of Iron Species in Plagioclase Crystals by X‐ray Absorption Fine Structure Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakada Ryoichi、Sato Masahiko、Ushioda Masashi、Tamura Yujiro、Yamamoto Shinji
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 20 ページ: 5319～5333
  • DOI: doi:10.1029/2018GC008131
• [雑誌論文] Shock Vaporization/Devolatilization of Evaporitic Minerals, Halite and Gypsum, in an Open System Investigated by a Two‐Stage Light Gas Gun (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa Kosuke、Moriwaki Ryota、Komatsu Goro、Okamoto Takaya、Sakuma Hiroshi、Yabuta Hikaru、Matsui Takafumi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 7258～7267
  • DOI: 10.1029/2019GL083249
• [雑誌論文] Comparison of FT‐IR spectra of bulk and acid insoluble organic matter in chondritic meteorites: An implication for missing carbon during demineralization (2019)
  • 著者名/発表者名: Kebukawa Yoko、Alexander Conel M. O'D.、Cody George D.
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 54 ページ: 1632～1641
  • DOI: 10.1111/maps.13302
• [雑誌論文] Carbothermal preparation of magnetic-responsible ferrihydrite based on Fe-rich precipitates for immobilization of arsenate and antimonate: Batch and spectroscopic studies (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee Sang-Ho、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 237 ページ: 124489～124489
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.124489
• [雑誌論文] Study of local structure at crystalline rubrene grain boundaries via scanning transmission X-ray microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Foggiatto Alexandre L.、Takeichi Yasuo、Ono Kanta、Suga Hiroki、Takahashi Yoshio、Fusella Michael A.、Dull Jordan T.、Rand Barry P.、Kutsukake Kentaro、Sakurai Takeaki
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 74 ページ: 315～320
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2019.07.021
• [雑誌論文] Redistribution of Zn during transformation of ferrihydrite: Effects of initial Zn concentration (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara Masanobu、Tanaka Masato、Takahashi Yoshio、Murakami Takashi
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 522 ページ: 121～134
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.05.018
• [雑誌論文] Depositional processes of microbially colonized manganese crusts, Sambe hot spring, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi Fumito、Matsumura Yuya、Chihara Ryoji、Okumura Tomoyo、Itai Takaaki、Kashiwabara Teruhiko、Kano Akihiro、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 258 ページ: 1～18
  • DOI: 10.1016/j.gca.2019.05.023
• [雑誌論文] Enrichment mechanisms of antimony and arsenic in marine ferromanganese oxides: Insights from the structural similarity (2019)
  • 著者名/発表者名: Qin Hai-Bo、Uesugi Soichiro、Yang Shitong、Tanaka Masato、Kashiwabara Teruhiko、Itai Takaaki、Usui Akira、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 257 ページ: 110～130
  • DOI: 10.1016/j.gca.2019.04.018
• [雑誌論文] A Robust Model for Prediction of U(VI) Adsorption onto Ferrihydrite Consistent with Spectroscopic Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yui、Fukushi Keisuke、Kosugi Shigeyori
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 54 ページ: 2304～2313
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b06556
• [雑誌論文] Semiarid climate and hyposaline lake on early Mars inferred from reconstructed water chemistry at Gale (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Keisuke、Sekine Yasuhito、Sakuma Hiroshi、Morida Koki、Wordsworth Robin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12871-6
• [雑誌論文] Superior removal of selenite by periclase during transformation to brucite under high-pH conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Keisuke、Miyashita Shun、Kasama Takeshi、Takahashi Yoshio、Morodome Shoji
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials 巻: 371 ページ: 370～380
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.02.107
• [雑誌論文] Highly Oxidizing Aqueous Environments on Early Mars Inferred From Scavenging Pattern of Trace Metals on Manganese Oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Noda Natsumi、Imamura Shoko、Sekine Yasuhito、Kurisu Minako、Fukushi Keisuke、Terada Naoki、Uesugi Soichiro、Numako Chiya、Takahashi Yoshio、Hartmann Jens
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1029/2018JE005892
• [学会発表] 火星の古環境と水質と粘土 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福士圭介
  • 学会等名: 第63回粘土科学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 地球外試料中のスメクタイトに対する新たな鉱物学的キャラクタリゼーション法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上皓介・福士圭介・森田康揮・菅 大暉・高橋嘉夫
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] マグネシウム型スメクタイトの膨張挙動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田康暉・福士圭介・佐久間博
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] スメクタイトの膨張挙動に及ぼす雰囲気気体の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森田康暉・福士圭介・佐久間博
  • 学会等名: 第63回粘土科学討論会
• [学会発表] Dark Streak Features in Mongolia: Implications for Formation Mechanisms of Recurring Slope Lineae on Mars (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村麻也・関根康人・福士圭介・長谷部徳子・Davaadorj D.・高橋嘉夫・長谷川精・小倉拓郎・森田康暉・Tuvshin G.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Terrestrial recurring slope lineae in Mongolia: its formation mechanism and implications for Mars (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, M., Sekine, Y., Fukushi, K., Hasebe, N., Davaadorj, D., Takahashi, Y., Hasegawa, H., Ogura, T., Morida, K. and Tuvshin, G.
  • 学会等名: 9th International Conference of Mars
  • 国際学会
• [学会発表] モンゴル塩湖の凍結時における氷への塩取り込みと太陽系氷天体への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 依田優大・関根康人・福士圭介・高橋嘉夫・北島卓磨・Baasansuren G.・Davaadorj D.・庄司大悟
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] Micro-XANES Determination of Oxidation States of V and Fe in Olivine-Hosted Glass Inclusion and Groundmass Glasses of Yamato 980459 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakada R., Usui T., Ushioda M., Takahashi Y.
  • 学会等名: 9th International Conference on Mars
  • 国際学会
• [学会発表] Finding of oxidized sulfur species in carbonates from a Martian meteorite Allan Hills 84001 using μ-XANES (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajitani I., Tanabe G., Nakada R., Usui T., Yokoyama T.
  • 学会等名: 9th International Conference on Mars
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ detection of the possible martian amino acids 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., Kobayashi A., Kirschvink J. L.
  • 学会等名: 9th International Conference on Mars
  • 国際学会
• [学会発表] 33)Construction of a new beamline for STXM at Photon Factory (2019)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Wakabayashi, Shohei Yamashita, Hirokazu Tanaka, Akio Toyoshima, Yasuo Takeichi, Masao Kimura and Kenta Amemiya
  • 学会等名: the 40th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Finding of oxidized sulfur species in carbonates from a Martian meteorite Allan Hills 84001 using μ-XANES (2019)
  • 著者名/発表者名: 梶谷伊織、田辺学、中田亮一、臼井寛裕、小池みずほ、松浦史宏、横山哲也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会