熱水性石英と流体包有物から復元する太古代の海水酸素同位体比進化

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04580
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 渋谷 岳造 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 深海・地殻内生物圏研究分野, 主任研究員 (00512906)
• 研究分担者: 牛久保 孝行 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 (10722837)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 地質学 / 地球化学 / 地球史 / 酸素同位体比 / 海水

研究実績の概要

1950年代以来、初期地球の海水酸素同位体比は現在と同じだったのか、それとも現在よりはるかに低かったのか、という地質学・地球化学上の大きな論争が続いている。これにより、太古代の堆積岩（またはその中の鉱物）の酸素同位体比を用いて古海水温を復元しても、0℃から80℃まで誤差が生じてしまうという現状である。そこで、本申請課題では、熱水性石英とその中に保存されている流体包有物を用いた新たな方法論を提案し、太古代の海水酸素同位体比を定量的に復元することを目的としている。
平成29年度は、研究手法の確立に用いる新生代の熱水性石英試料を採取するため、静岡県瀬戸川帯及び米国グアム島の地質調査・試料採取を行った。静岡県瀬戸川帯の調査では枕状溶岩の空隙を埋めている熱水性沈殿物を発見したものの、熱水性沈殿物を構成する鉱物が主に炭酸塩鉱物であり、熱水性石英を発見することができなかった。一方、米国グアム島では、ウマタック村沿岸部の一部に熱水性石英を保持する枕状溶岩が分布していること明らかにし、熱水性石英試料を約30個採取することができた。採取された熱水性石英試料の両面研磨薄片を作成し、試料の一次記載を行ったところ、石英中に約3マイクロメートル以下の非常に小さな流体包有物が含まれることが明らかになった。この流体包有物のサイズは当初予想していたものよりはるかに小さく、均質化温度測定に多くの時間を要することが判明したため、当初の計画を変更し、すでに保有している先カンブリア時代の試料のSIMS酸素同位体比分析を前倒しして行うこととし、その分析用試料の準備を行った。

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

平成29年度に採取した新生代の熱水性石英試料について一次記載を行った結果、含まれる流体包有物のサイズが予想より小さく、均質化温度測定が比較的難しいことが明らかになった。そのため、平成29年度に予定していた新生代の熱水性石英試料のSIMS分析を次年度以降に見送り、代わりに平成30年度以降に予定していた先カンブリア時代の熱水性石英試料のSIMS分析準備を進めた。当初の計画より遅れている作業と計画を前倒した作業があるため、全体の進捗状況は「おおむね順調」とした。

今後の研究の推進方策

新生代の熱水性石英試料の流体包有物が予想より小さく、均質化温度測定に多くの時間を要することが判明したため、今後は薄片試料を当初の予定より多く作成し、均質化温度測定可能な流体包有物の発見を目指す。一方で、計画を前倒ししてSIMS分析準備した先カンブリア時代の試料については平成30年度早期にSIMS分析を行う。また、新たな試料を採取するために西オーストラリア・ピルバラ地域で当初の計画通り地質調査・試料採取を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Genome-enabled metabolic reconstruction of dominant chemosynthetic colonizers in deep-sea massive sulfide deposits (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Shingo、Shibuya Takazo、Takaki Yoshihiro、Hirai Miho、Nunoura Takuro、Suzuki Katsuhiko
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 20 ページ: 862～877
  • DOI: 10.1111/1462-2920.14032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biological and physical modification of carbonate system parameters along the salinity gradient in shallow hypersaline solar salterns in Trapani, Italy (2017)
  • 著者名/発表者名: Isaji Yuta、Kawahata Hodaka、Kuroda Junichiro、Yoshimura Toshihiro、Ogawa Nanako O.、Suzuki Atsushi、Shibuya Takazo、Jimenez-Espejo Francisco J.、Lugli Stefano、Santulli Andrea、Manzi Vinicio、Roveri Marco、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 208 ページ: 354～367
  • DOI: 10.1016/j.gca.2017.04.013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Europium anomaly variation under low-temperature water-rock interaction: A new thermometer (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakada R.、Shibuya T.、Suzuki K.、Takahashi Y.
  • 雑誌名: Geochemistry International 巻: 55 ページ: 822～832
  • DOI: 10.1134/S001670291709004X
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weak hydrothermal carbonation of the Ongeluk volcanics: evidence for low CO2 concentrations in seawater and atmosphere during the Paleoproterozoic global glaciation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Takazo、Komiya Tsuyoshi、Takai Ken、Maruyama Shigenori、Russell Michael J.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 4 ページ: 1～13
  • DOI: 10.1186/s40645-017-0145-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Removal of organic contaminants from iron sulfides as a pretreatment for mineral-mediated chemical synthesis under prebiotic hydrothermal conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa, M., Saitoh, M., Matsui, Y., Usui, Y. and Shibuya, T.
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 51 ページ: 495～505
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0481
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deepest and hottest hydrothermal activity in the Okinawa Trough: the Yokosuka site at Yaeyama knoll (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, J., Kawagucci, S., Makabe, A., Takahashi, A., Kitada, K., Torimoto, J., Matsui, Y., Tasumi, E., Shibuya, T., Nakamura, K., Horai, S., Sato, S., Ishibashi, J.-i., Kanzaki, H., Nakagawa, S., Hirai, M., Takaki, Y., Okino, K., Watanabe, H.K., Kumagai, H. and Chen, C.
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 4 ページ: 1～20
  • DOI: 10.1098/rsos.171570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Oxygen and silicon isotope ratios of zircons of silicic rocks from the Izu-Bonin-Mariana (IBM) intra-oceanic arc and arc collision zone (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ushikubo, Kenichiro Tani, R. Bastian Georg
  • 学会等名: The Geological Society of America 129th Annual Meeting (GSA2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 天体衝突による大気の酸化仮説：後期太古代の地質記録による検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 誠史、黒澤 耕介、臼井 洋一、奥村 知世、尾上 哲治、佐藤 峰南、石田 湧也、渋谷 岳造、西澤 学、松井 洋平、澤木 佑介、佐藤 友彦、上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地質学会第124年学術大会
• [学会発表] 天体衝突による大気の酸化仮説:後期太古代の地質記録による検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 誠史、黒澤 耕介、臼井 洋一、奥村 知世、尾上 哲治、佐藤 峰南、石田 湧也、渋谷 岳造、西澤 学、松 井 洋平、澤木 佑介、佐藤 友彦、上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 開放系における隕石ー海水間超高速衝突現象の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学、松井 洋平、渋谷 岳造、須田 好、高井 研、矢野 創
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球海底熱水系における液体・超臨界 CO2と化学進化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渋谷 岳造、高井 研
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球コマチアイト熱水系における流体の化学的性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 修裕、渋谷 岳造、澤木 佑介、斎藤 誠史、高井 研、丸山 茂徳
  • 学会等名: 日本地球化学会第64回年会
• [学会発表] 初期地球のコマチアイト熱水系における流体の化学的性質に関する実験的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田 修裕、渋谷 岳造、澤木 佑介、斎藤 誠史、高井 研、丸山 茂徳
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] Experimental study of hypervelocity impact of meteoritic material into liquid water in an open system for better understanding of the fate of extraterrestrial organics in the Hadean ocean (2017)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nishizawa, Yohei Matsui, Takazo Shibuya, Konomi Suda, Ken Takai, Hajime Yano
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] 初期海洋への天体衝突に伴う岩石水反応の理解を目指した超高速岩石-水衝突実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西澤 学、松井 洋平、渋谷 岳造、須田 好、高井 研、矢野 創
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会