研究課題
太陽系形成の最初期に内側太陽系で高温ガスからの固体凝縮プロセスや加熱による固体溶融プロセスがあったことは,始源的隕石中の難揮発性包有物(CAI やAOA)の存在から明らかである.惑星材料物質が経験したこの高温プロセスは,原始星や原始惑星系円盤の天文観測でも観測されておらず,その物理化学環境はいまだにはっきりとしない.本研究では,難揮発性包有物の同位体岩石学・鉱物学的研究に,室内実験による難揮発性包有物の再現実験を組み合わせ,太陽系最初期の高温プロセスの物理化学環境を定量的に制約する.特に本研究により,原始惑星系円盤内縁領域の圧力条件,水蒸気分圧とガス/ダスト比が新規決定できることが期待される.本年度は以下の研究成果が得られた.CAI形成場推定のための室内実験を実施した.低水蒸気圧・高温でのCAI模擬物質の溶融・結晶化実験をおこなうための実験装置(赤外線集光加熱真空炉)の開発,性能評価,ガス導入システムの作成をおこなった.低水素圧力下でのメリライト蒸発実験により,メリライトがCa, Al酸化物を残渣に分解蒸発することを示した.水蒸気中でのメリライト酸素自己拡散実験をおこない,メリライト中の酸素自己拡散が促進されたないことを示した.溶融CAIに関し,走査型電子顕微鏡および同位体顕微鏡システムを用いて,結晶成長時の元素ゾーニングと酸素同位体分布の関連に注目した鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析をおこなった.
2: おおむね順調に進展している
1.CAI形成場推定のための室内実験.低水蒸気圧・高温でのCAI模擬物質の溶融・結晶化実験をおこなうための実験装置(赤外線集光加熱真空炉)として,石英ガラス管を真空チャンバーとし,外部から赤外線集光加熱機構で加熱する装置を作成した.装置の到達圧力の性能評価をおこなった.また,水素ガスを18Oに濃集したH2Oを入れた定温漕内を経由して,チャンバー内に一定流量で導入し,バタフライバルブで調整する排気速度とのバランスで炉内に定常的に初期太陽系円盤条件に近い一定圧力 (100-0.1 Pa) 環境をつくりだすシステムの作成に成功した.低圧水素中でのメリライトの蒸発実験をおこない,メリライトからは選択的にMg, Si成分が蒸発し,Ca, Al酸化物を残渣とする分解蒸発となることを示した.また,水蒸気を酸素源としたメリライト中の酸素自己拡散係数決定の実験をおこない,水蒸気中でもメリライト中の酸素自己拡散が促進されない可能性を示した.2.溶融CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析:CAIには太陽の酸素同位体組成に近いO-16に富んだ環境での形成後に,惑星の酸素同位体組成に近いO-16に乏しい環境で溶融し,部分溶融メルトが周囲のガスと酸素同位体交換を起こしたものが存在する.Allende隕石(CV3)中の溶融CAI TS-34に対し,溶融残渣でO-16に富むスピネル,再溶融メルトから結晶化したメリライト,輝石,斜長石の組織,主要元素・微量元素分布,酸素同位体分布を電界放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM-EDS-EBSD; JEOL JSM 7000F),高感度二次元イオン検出器(SCAPS)搭載の結像型二次イオン質量分析計(同位体顕微鏡)(Cameca ims-1270, ims-1280HR)を用いて,結晶成長時の元素ゾーニングと酸素同位体分布の関連に注目した観察・分析をおこなった.以上のように当初の研究計画に従い研究が進展している.
低水蒸気圧・高温でのCAI模擬物質の溶融・結晶化実験をおこなうための実験装置(赤外線集光加熱真空炉)の性能評価後に低水蒸気圧下でのCAI模擬物質の溶融・結晶化実験を開始する.並行して,低圧下での実験との比較のために,1気圧でのCAI模擬物質溶融・結晶化実験をおこなう.また,現有の別の真空炉を用いて,低水素圧下でのCAI模擬物質の溶融・結晶化実験をおこない,蒸発による元素分別がある中での結晶化挙動を調べる.水蒸気圧,水素圧を変えた実験をおこない,水蒸気との酸素同位体交換,蒸発による元素分別と結晶化の関係を明らかにする.溶融CAIの鉱物学岩石学・酸素同位体分布の観察・分析と併せ,天然CAIを説明するガス圧力を見積もる.Efremovka (CV3) 隕石中のCAI HKE 01はメリライトを主要構成鉱物とし,高温ガスから凝縮でつくられたと考えられる.メリライトは逆累帯構造を示し,結晶成長中に円盤圧力が一桁程度減少した可能性があるが,定量的な見積もりはされていない.実験で推定される凝縮挙動を基に逆累帯構造を残し,結晶成長する温度,圧力,ガス/ダスト比(金属元素存在度),それらの時間変化を制約する.形成中にガスの酸素同位体組成が変わったこともわかっており,観察事実と実験で得る酸素同位体交換反応速度を合わせ,形成場のガスの酸素同位体変化の時間スケールも制約する.
すべて 2017 2016 その他
すべて 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 10件、 査読あり 17件、 謝辞記載あり 11件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 29件、 招待講演 9件) 図書 (2件) 備考 (1件)
Astrophys. J.
巻: 837 ページ: 35
10.3847/1538-4357/aa5ca6
Space Sci. Rev
巻: 208 ページ: 107-124
10.1007/s11214-016-0289-5
Geochim Cosmochim Acta
巻: 208 ページ: 119-144
10.1016/j.gca.2017.03.034
Science Advances
巻: 3 ページ: e1602093
10.1126/sciadv.1602093
Space Sci. Rev.
巻: - ページ: 1-26
10.1007/s11214-017-0338-8
Earth Planet. Sci. Lett.
巻: 433 ページ: 350-359
10.1016/j.epsl.2015.11.014
Meteorit. Planet. Sci.
巻: 51 ページ: 56-69
10.1111/maps.12583
Geophysical Research Letters
巻: 43 ページ: 4239-4246
10.1002/2016GL068377
Scientific Reports
巻: 6 ページ: 26063
10.1038/srep26063
Geochim. Cosmochim. Acta
巻: 185 ページ: 383-393
10.1016/j.gca.2016.01.005
Frontiers in Earth Science
巻: 4 ページ: 88
10.3389/feart.2016.00088
Nature Communications
巻: 7 ページ: 12844
10.1038/ncomms12844
Journal of Histochemistry & Cytochemistry
巻: 64 ページ: 601-622
10.1369/0022155416665577
Surf. Interface Anal.
巻: 48 ページ: 1122-1126
10.1002/sia.6112
巻: 48 ページ: 1190-1193
10.1002/sia.6085
巻: 48 ページ: 1181-1184
10.1002/sia.6119
エアロゾル研究
巻: 31 ページ: 161-168
10.11203/jar.31.161
http://vigarano.ep.sci.hokudai.ac.jp/