天体衝突が地球表層環境に与える影響の解明:巨大蒸気雲中の化学反応の解析

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14340167
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球化学
• 研究機関: 東北大学 (2004); 東京大学 (2002-2003)
• 研究代表者: 五十嵐 丈二 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00202854)
• 研究分担者: 杉田 精司 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (80313203) ; 森 俊哉 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (40272463)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• キーワード: 高速天体衝突 / 衝突蒸気雲 / K / T境界事件 / 大量絶滅 / 硫黄酸化物 / 反応速度論 / 環境変動 / 地球史

研究概要

本研究計画では、K/T巨大衝突蒸気雲中での硫黄酸化物の酸化還元反応プロセスの解明を目的とした実験と理論計算を行った。
実験では、Anhydrite(硬石膏、CaSO4)に高出力パルスレーザーを照射することにより、高温高圧の蒸気雲を発生させる。この模擬衝突蒸気雲の化学組成を本計画で導入した四重極質量分析器を用いて測定し、蒸気雲のサイズ・初期温度圧力状態に対するSO2/SO3比の経験的なスケーリング則を求めた。さらに、実験の精度向上と実験条件のダイナミックレンジの拡大を目指した改良を行った。その第一は、真空チェンバーに自動ステージを導入して照射一回ごとに試料の新鮮な面が照射されるシステムを作った。これにより、SO_2/SO_3比の測定誤差を従来の半分程度にまで小さくすることに成功した。さらに、東京大学に新たに導入された大出力パルスレーザー(15J/パルス)を用いてレーザー照射実験を行った。これにより、これまでより約2桁広い実験条件をカバーするSO_3/SO_2比のスケーリング則を決定することが可能となった。
一方理論計算からは、今までとは全く違う筋書きに沿った硫酸エアロゾルによる日射遮蔽・気候変動のメカニズムが存在し、それが従来の説よりも継続時間がはるかに長い気候変動を起こした可能性があることがわかった。従来は、衝突地点の硫酸塩岩が蒸発すると硫黄酸化物が生成すると考えられてきた。しかし、実際には主に硫酸塩岩と炭酸塩岩が混合した堆積物として存在しており、衝突蒸気雲内でも硫黄と炭素が結合して硫黄酸化物以外の硫黄を含むガスも放出された可能性が高い。申請者が簡単なモデル計算を行った結果、硫黄と炭素の化合物が放出された場合には、硫黄酸化物の場合よりも圧倒的に長い硫酸エアロゾルによる衝突の冬の継続時間が期待できることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Sulfur chemistry in laser-simulated impact vapor clouds : implications for the K/T impact event (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohno, S., S.Sugita, S.Hasegawa, T.Kadono, G.Igarashi
  • 雑誌名: Earth Planetary Science Letters 218・3-4 ページ: 347-361
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Sulfur chemistry in the K/T impact vapor cloud (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohno, S., S.Sugita, S.Hasegawa, T.Kadono, G.Igarashi
  • 雑誌名: Earth Planet.Sci.Lett 218 ページ: 347-361
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Intensities of atomic lines and molecular bands observed in impact-induced luminescence (2003)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., P.H.Schultz, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 108・E12 ページ: doi:10.1029/2003JE0021
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Impact-Induced Vapor Clouds and the Ambient Atmosphere 1 : Spectroscopic Observation (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Sugita, P.H.Schultz
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 108・E6 ページ: doi:10.1029/2002JE0019
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Impact-Induced Vapor Clouds and the Ambient Atmosphere 2 : Theoretical modeling (2003)
  • 著者名/発表者名: S.Sugita, P.H.Schultz
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 108・E6 ページ: doi:10.1029/2002JE0019
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Methane production by large iron meteoritic impacts (2003)
  • 著者名/発表者名: Sekine.Y., S.Suigta, T.Kadono, T.Matsui
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 108・E7 ページ: doi:10.1029/2002JE0020
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] On observation of compositional variation in Venus crust using nigh-side near-infrared thermall radiation (2003)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, G.L., S.Sugita
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 108・E9 ページ: doi:10.1029/2003JE0020
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Impact-Induced Vapor Clouds and the Ambient Atmosphere 1 : Spectroscopic Observation (2003)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., P.H.Schultz
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(E6),5151 ページ: 10.1029/2002JE001959
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction between Impact-Induced Vapor Clouds and the Ambient Atmosphere 2 : Theoretical modeling (2003)
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., P.H.Schultz
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(E6),5152 ページ: 10.1029/2002JE001960
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Methane production by large iron meteoritic impacts (2003)
  • 著者名/発表者名: Sekine.Y., S.Suigta, T.Kadono, T.Matsui
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(E7),5070 ページ: 10.1029/2002JE002034
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] On observation of compositional variation in Venus crust using nigh-side near-infrared thermal radiation (2003)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, G.L., S.Sugita
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(E9),5109 ページ: 10.1029/2003JE002082
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Intensities of atomic lines and molecular bands observed in impact-induced luminescence
  • 著者名/発表者名: Sugita, S., P.H.Schultz, S.Hasegawa
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 108(E12)5140 ページ: doi:10.1029/2003JE0021
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より