先カンブリア時代の鉱物-水-大気反応:大気進化の推定

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11440160
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 村上 隆 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00253295)
• 研究分担者: 小暮 敏博 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (50282728)
• キーワード: 大気の進化 / 鉱物-水-大気反応 / 風化 / 電子顕微鏡

研究概要

地球表層での鉱物-水-大気反応は、現代、先カンブリア時代を問わずに起こってきたはずである。従って、先カンブリア時代に風化を受けた岩石は当時の大気の情報を含んでいる。ところが、それらの岩石は、風化後、続生・変成作用を受け、鉱物学的、地球化学的に変化しており、先カンブリア時代の鉱物-水-大気反応の直接的証拠は通常失われている。我々は先カンブリア時代の鉱物-水-大気反応を推定するため、高二酸化炭素濃度、低酸素濃度雰囲気下で、鉱物の溶解反応を行い、当時の風化プロセスを復元しようとしている。
大気中の酸素濃度を推定するのに、酸化還元反応に敏感なFeの挙動に注目して、低酸素濃度が実現するグローブボックスと、高二酸化炭素濃度が実現する反応容器を開発した。鉱物としては、Feの主な供給源である黒雲母を選んだ。約25億年前の鉱物-水-大気反応を想定し、酸素分圧10(-4)atm、二酸化炭素分圧1.0atmとし、黒雲母を純水中で溶解反応させ、反応後の溶液分析、二次鉱物の同定を行った。対象実験として、現在の高酸素濃度、低二酸化炭素濃度下での実験も行った。
現在の高酸素濃度下では、黒雲母中のFe(2+)は溶出後すべてFe(3+)酸化物・水酸化物として沈殿し、溶液中にはほぼ存在しない。これは岩石中の鉄濃度は、現在の風化プロファイルではほぼ一定で推移することと対応する。一方、低酸素濃度下では、黒雲母中のFe(2+)は溶出後、一部は溶液中に存在し、一部はFe(2+)を層間に含むバーミキュライトおるいはスメクタイトとして沈殿した。これは岩石中の鉄濃度が、先カンブリア時代の風化プロファイルでは上部に向かって減少することと対応する。

研究成果

• [文献書誌] Murakami,T. et al.: "Rhabdophane-A new evidence for anoxic atmosphere about 2.5 Ga ago"Earth and Planetary Science Letters. 184. 523-528 (2001)
• [文献書誌] Kasama,T.,Murakami,T. et al.: "Experimental mixtures of smectite and rectorite : Reinvestigation of "fundamental particles" and "interparticle diffraction""American Mineralogist. 86. 105-114 (2001)
• [文献書誌] Kasama,T.,Murakami,T.: "The effect of microorganism on Fe precipitation rate at neutral pH"Chemical Geology. (印刷中).
• [文献書誌] Kasama,T.,Murakami,T. et al.: "Effects of lichens on uranium migration"Scientific Basis for Nuclear Waste Management. (印刷中).
• [文献書誌] Murakami,T. et al..: "Feild and laboratory examination of uranium microcrystallization and its role in uranium transport"Scientific Basis for Nuclear Waste Management. (印刷中).
• [文献書誌] 須藤談話会 編: "粘土科学への招待-粘土の素顔と魅力"三共出版(株). 292 (2000)