水惑星学創成に向けた分子地球化学分析

2020 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, 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) ; 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) ; 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, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 副主任研究員 (50726958) ; 癸生川 陽子 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70725374) ; 若林 大佑 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 (20759964) ; 菅 大暉 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光・イメージング推進室, 研究員 (70827568)
• 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

(1) X線顕微鏡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に関して以下の成果を得た。BL-19ビームラインでは、第一ミラーへの熱負荷が変化した際、数時間オーダーでのビーム位置の変動が観察されていた。ミラーで発生した光電子に原因があることを明らかにし、適切な遮蔽を設計・導入することで解決した。開発した光電子遮蔽は、今後、様々な放射光施設において標準装備になると期待される。
(2) 隕石における水-岩石反応の解析に関して以下の成果を得た。炭素質コンドライト隕石が初期地球へ生命原材料となる有機物を供給した可能性が指摘されている。これらの母天体では、水質変質過程において単純な分子からアミノ酸が形成されることが知られている。本研究では、アミノ酸の生成に対する鉱物の影響を実験的に検証し、層状ケイ酸塩鉱物であるモンモリロナイトは反応初期にはアミノ酸の形成を促すが、後に分解を促すことが分かった。本研究は、太陽系初期進化過程における小天体内部でのアミノ酸等の形成や安定性の理解に寄与するものである。
(3)　初期火星における水-岩石反応の解析に関して以下の成果を得た。太古の火星に存在していた水の組成や、当時生じた水岩石反応を明らかにするべく、本研究では40億年前に火星で生成した炭酸塩鉱物を含む隕石の局所鉄化学種分析を行った。本研究にて、炭酸塩中にスメクタイト族の粘土鉱物が含まれていることが世界で初めて明らかとなり、40億年前の火星で生じた水岩石反応の理解が進展した。
(4)　氷天体における水-岩石反応の解析に関して以下の成果を得た。土星の衛星エンセラダスの内部海には液体の水が存在し、その水質は地球のアルカリ塩湖と類似していると推定されている。本研究ではモンゴル・アルカリ塩湖の水質を制御する機構を解明し、その制御機構をエンセラダス内部海に適用することで内部海の水質を定量的に制約した。

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

初期火星・氷衛星の水質条件を制約することに成功し、隕石における水-岩石-有機物反応に関する知見を得た。またX線顕微鏡の高度化も順調に進展している。以上より当初の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）X線顕微鏡を利用した地球外物質の分析：「はやぶさ２」によるリュウグウ試料をX線顕微鏡により分析することで、初期地球の生命原材料となる水や有機物の起源に関する知見を得る。
（２）小惑星の水質復元：これまで開発した水質復元法および地球化学プロキシを用いて、隕石試料および帰還試料の地球化学・鉱物学的特徴に基づいた水質復元を行う。

研究成果

• [国際共同研究] モンゴル国立大学(モンゴル)
  • 国名: モンゴル
  • 外国機関名: モンゴル国立大学
• [雑誌論文] Organic matter and water from asteroid Itokawa (2021)
  • 著者名/発表者名: Chan Q. H. S.、Stephant A.、Franchi I. A.、Zhao X.、Brunetto R.、Kebukawa Y.、Noguchi T.、Johnson D.、Price M. C.、Harriss K. H.、Zolensky M. E.、Grady M. M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 5125
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84517-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of Organic Matter in Aqueous Environments Simulating Small Bodies in the Solar System and the Effects of Minerals on Amino Acid Formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Elmasry Walaa、Kebukawa Yoko、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Life 巻: 11 ページ: 32～32
  • DOI: 10.3390/life11010032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoelectron shield for the first mirror of a soft X-ray beamline (2021)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Daisuke、Tanaka Hirokazu、Toyoshima Akio、Yamashita Shohei、Takeichi Yasuo
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 28 ページ: 86～90
  • DOI: 10.1107/S1600577520013648
  • 査読あり
• [雑誌論文] The polymict carbonaceous breccia Aguas Zarcas: A potential analog to samples being returned by the OSIRIS‐REx and Hayabusa2 missions (2021)
  • 著者名/発表者名: Kerraouch Imene、Bischoff Addi、Zolensky Michael E.、Pack Andreas、Patzek Markus、Hanna Romy D.、Fries Marc D.、Harries Dennis、Kebukawa Yoko、Le Loan、Ito Motoo、Rahman Zia
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 56 ページ: 277～310
  • DOI: 10.1111/maps.13620
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The role of hydrothermal sulfate reduction in the sulfur cycles within Europa: Laboratory experiments on sulfate reduction at 100?MPa (2021)
  • 著者名/発表者名: Tan Shuya、Sekine Yasuhito、Shibuya Takazo、Miyamoto Chihiro、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Icarus 巻: 357 ページ: 114222～114222
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aqueous alteration without initial water: possibility of organic-induced hydration of anhydrous silicates in meteorite parent bodies (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirakawa Naoki、Kebukawa Yoko、Furukawa Yoshihiro、Kondo Masashi、Nakano Hideyuki、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 73
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01352-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] EXAFS Determination of Clay Minerals in Martian Meteorite Allan Hills 84001 and Its Implication for the Noachian Aqueous Environment (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakada Ryoichi、Tanabe Gaku、Kajitani Iori、Usui Tomohiro、Shidare Masashi、Yokoyama Tetsuya
  • 雑誌名: Minerals 巻: 11 ページ: 176～176
  • DOI: 10.3390/min11020176
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of normal stress on the frictional behavior of brucite: application to slow earthquakes at the subduction plate interface in the mantle wedge (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuda Hanaya、Katayama Ikuo、Sakuma Hiroshi、Kawai Kenji
  • 雑誌名: Solid Earth 巻: 12 ページ: 171～186
  • DOI: 10.5194/se-12-171-2021
  • 査読あり
• [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] Comparison of Chemical Speciation of Lead, Arsenic, and Cadmium in Contaminated Soils from a Historical Mining Site: Implications for Different Mobilities of Heavy Metals (2020)
  • 著者名/発表者名: Gankhurel Baasansuren、Fukushi Keisuke、Akehi Akitoshi、Takahashi Yoshio、Zhao Xiaolan、Kawasaki Kazuo
  • 雑誌名: ACS Earth and Space Chemistry 巻: 4 ページ: 1064～1077
  • DOI: 10.1021/acsearthspacechem.0c00087
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Kinetics in thermal evolution of Raman spectra of chondritic organic matter to evaluate thermal history of their parent bodies (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiryu Kento、Kebukawa Yoko、Igisu Motoko、Shibuya Takazo、Zolensky Michael E.、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 55
  • DOI: 10.1111/maps.13548
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular evolution during hydrothermal reactions from formaldehyde and ammonia simulating aqueous alteration in meteorite parent bodies (2020)
  • 著者名/発表者名: Kebukawa Yoko、Nakashima Satoru、Mita Hajime、Muramatsu Yasuji、Kobayashi Kensei
  • 雑誌名: Icarus 巻: 347 ページ: 113827～113827
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113827
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogeochemical Study on Closed-Basin Lakes in Cold and Semi-Arid Climates of the Valley of the Gobi Lakes, Mongolia: Implications for Hydrology and Water Chemistry of Paleolakes on Mars (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekine Yasuhito、Kitajima Takuma、Fukushi Keisuke、Gankhurel Baasansuren、Tsetsgee Solongo、Davaasuren Davaadorj、Matsumiya Haruna、Chida Takufumi、Nakamura Maya、Hasebe Noriko
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 792～792
  • DOI: 10.3390/min10090792
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical assessment of the explosive chamber in the projector system of Hayabusa2 for asteroid sampling (2020)
  • 著者名/発表者名: Takano Yoshinori、Hayabusa2 project team、Yamada Keita、Okamoto Chisato、Sawada Hirotaka、Okazaki Ryuji、Sakamoto Kanako、Kebukawa Yoko、Kiryu Kento、Shibuya Takazo、Igisu Motoko、Yano Hajime、Tachibana Shogo
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 72 ページ: －
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01217-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Situ Formation of Monohydrocalcite in Alkaline Saline Lakes of the Valley of Gobi Lakes: Prediction for Mg, Ca, and Total Dissolved Carbonate Concentrations in Enceladus’ Ocean and Alkaline-Carbonate Ocean Worlds (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushi Keisuke、Imai Eigo、Sekine Yasuhito、Kitajima Takuma、Gankhurel Baasansuren、Davaasuren Davaadorj、Hasebe Noriko
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 669～669
  • DOI: 10.3390/min10080669
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simple, Reproducible Synthesis of Pure Monohydrocalcite with Low Mg Content (2020)
  • 著者名/発表者名: Kitajima Takuma、Fukushi Keisuke、Yoda Masahiro、Takeichi Yasuo、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 346～346
  • DOI: 10.3390/min10040346
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ preservation of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates (2020)
  • 著者名/発表者名: Koike Mizuho、Nakada Ryoichi、Kajitani Iori、Usui Tomohiro、Tamenori Yusuke、Sugahara Haruna、Kobayashi Atsuko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15931-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vanadium micro-XANES determination of oxygen fugacity in olivine-hosted glass inclusion and groundmass glasses of martian primitive shergottite Yamato 980459 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakada Ryoichi、Usui Tomohiro、Ushioda Masashi、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 ページ: 1695～1703
  • DOI: 10.2138/am-2020-7321
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interlayer energy of pyrophyllite: Implications for macroscopic friction (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Hiroshi、Kawai Kenji、Kogure Toshihiro
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 ページ: 1204～1211
  • DOI: 10.2138/am-2020-7333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical speciation of scandium and yttrium in laterites: New insights into the control of their partitioning behaviors (2020)
  • 著者名/発表者名: Qin Hai-Bo、Yang Shitong、Tanaka Masato、Sanematsu Kenzo、Arcilla Carlo、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 552 ページ: 119771～119771
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119771
• [雑誌論文] Characterization of two types of cesium-bearing microparticles emitted from the Fukushima accident via multiple synchrotron radiation analyses (2020)
  • 著者名/発表者名: Miura Hikaru、Kurihara Yuichi、Yamamoto Masayoshi、Sakaguchi Aya、Yamaguchi Noriko、Sekizawa Oki、Nitta Kiyofumi、Higaki Shogo、Tsumune Daisuke、Itai Takaaki、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10
  • DOI: 10.1038/s41598-020-68318-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of CaCO3 nucleated around cyanobacteria: Implications for calcification process (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi Fumito、Omori Takeru、Tomioka Naotaka、Motai Satoko、Suga Hiroki、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 285 ページ: 55～69
  • DOI: 10.1016/j.gca.2020.06.033
• [雑誌論文] Local Structure of Rare Earth Elements (REE) in Marine Ferromanganese Oxides by Extended X-ray Absorption Fine Structure and Its Comparison with REE in Ion-adsorption Type Deposits (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Makoto、Qin Hai-Bo、Yamaguchi Akiko、Takahashi Yoshio
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 49 ページ: 909～911
  • DOI: 10.1246/cl.200257
• [学会発表] Habitable aqueous environment on Early Mars inferred from reconstructed water chemistry at Gale (2020)
  • 著者名/発表者名: 福士 圭介、関根 康人、佐久間 博、森田 康暉、Robin Wordsworth
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of aqueous environment on Early Mars inferred from reconstructed water chemistry at Gale (2020)
  • 著者名/発表者名: 福士 圭介、関根 康人
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会
• [学会発表] 初期火星の水循環とアストロバイオロジー：中央アジア・モンゴル、半乾燥地域の水循環からの示唆 (2020)
  • 著者名/発表者名: 関根 康人、福士 圭介
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sulfur species in carbonates of a 4.1-billion-year old Martian meteorite constraining conditions of water on ancient Mars (2020)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 伊織、中田 亮一、小池 みずほ、田辺 学、臼井 寛裕、横山 哲也、福士 圭介
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会
• [学会発表] 地球外試料中の粘土鉱物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 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上 皓介、福士 圭介、森田 康暉、菅 大暉、高橋 嘉夫
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会
• [学会発表] 氷形成を駆動力とした鉱物形成過程の検証：南モンゴルのアルカリ塩湖凍結時にみられる自生炭酸塩鉱物生成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北島 卓磨、福士 圭介、ガンフレル バーサンスレン、関根 康人、依田 優大、ダバースレン ダバードルジ
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会
• [学会発表] Recurring slope lineae on Earth: Implications for hydrological cycles and potential habitability on Mars (2020)
  • 著者名/発表者名: 関根 康人、中村 麻也、Davaadorj Davaasuren、庄司 大悟、森田 康暉、福士 圭介、長谷部 徳子、McGlynn Shawn
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Field investigation on capturing of lake water salts within surface ice on ice-covered saline lakes in Mongolia: Implications for icy shell compositions of Solar System icy bodies. (2020)
  • 著者名/発表者名: 依田 優大、関根 康人、福士 圭介、北島 卓磨、ガンフレル バーサンスレン、ダバスーレン ダバドルジ、庄司 大悟、高橋 嘉夫
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting2020
  • 国際学会
• [学会発表] 火星隕石 ALH 84001 の炭酸塩中の硫黄化学種解析 に基づく初期火星表層環境の推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 梶谷伊織，中田亮一，小池みずほ，田辺学，臼井寛裕，松浦史宏，福士圭介，黒川宏之，横山哲也
  • 学会等名: 日本惑星科学会 2020年 秋季講演会
• [学会発表] Fe(II)を含むスメクタイトによる U(VI)の還元 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹田早英桂、孫 静、浜本貴史、石田圭輔、田中雅人、 板井啓明、高橋嘉夫
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
• [学会発表] 隕石母天体における水質変成作用の解析に用いる層状ケイ酸塩のマルチエレメント XANESライブラリの構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上皓介、福士圭介、森田康暉、菅 大暉、河合敬宏、高橋嘉夫、武市泰男
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
• [学会発表] 低温条件におけるモノハイドロカルサイトの生成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北島卓磨、福士圭介、関根康人、依田優大、Baasansuren Gankhurel、Davaadorj Davaasuren、武市泰男、高橋嘉夫
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
• [学会発表] 地球化学的ツールとしてのルビジウム安定同位体比の可能性: 河川-海洋系における同位体分別 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小長谷莉未、坪井寛行、板井啓明、高橋嘉夫
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
• [学会発表] 走査型透過X線顕微鏡(STXM)による隕石や地球熱水変質物に含まれる有機物や二次鉱物中の炭素や鉄の局所化学種解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河合敬宏、菅 大暉、武市泰男、井上皓介、福士圭介、片山郁夫、高橋嘉夫
  • 学会等名: 2020年度日本地球化学会第67回オンライン年会
• [学会発表] Water Chemistry of Early Mars Recorded in Interlayer of Smectite and Secondary Minerals from Gale (2020)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fukushi, Yasuhito Sekine
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the Clay Minerals Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 分子地球化学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 嘉夫、福士 圭介、田中 雅人、柏原 輝彦、関根 康人、板井 啓明
  • 総ページ数: 444
  • 出版者: 名古屋大学出版会
  • ISBN: 978-4-8158-1018-4