隕石および太古代火成岩の親鉄元素同位体分析による地球形成モデルの構築

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00715
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 横山 哲也 東京工業大学, 理学院, 教授 (00467028)
• 研究分担者: 石川 晃 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20524507) ; 玄田 英典 東京工業大学, 地球生命研究所, 准教授 (90456260)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 親鉄元素 / 同位体異常 / 地球形成モデル / 太古代火成岩 / 隕石

研究実績の概要

前年度の研究により、隕石のモリブデン化学分離法を地球試料に適用した場合、スズおよびニオブがモリブデンと共存してしまうことが判明した。そこで、陰イオン交換樹脂を用いた新たな化学分離過程を加えることにより、この問題を解決した。また、表面電離型質量分析計（TIMS）を用いたモリブデン同位体分析法では、新たにダブルフィラメントを用いた分析法の開発を行った。従来のシングルフィラメントでは1回の分析に2000 ngのモリブデンを必要としたが、新たな方法の開発により、従来の25%（500 ng）のモリブデン量で同精度の分析が可能となった。
太古代地球試料の分析では、変質したコマチアイトに代わり、初期太古代アカスタ片麻岩体苦鉄質岩を対象にモリブデン同位体分析を行った。これらの試料は源岩形成以降に変成作用を被っているが、オスミウム同位体比の解析からレニウムやモリブデンに関する移動が生じていないことが示された。そこで、新たに開発したスズおよびニオブを除去する化学分離法、並びにダブルフィラメントを用いたモリブデン同位体分析法を5試料に適用した。その結果、誤差範囲を超える非質量依存モリブデン同位体異常は見つからなかった。このことは、アカスタ片麻岩体苦鉄質岩の起源物質は既に現在の地球マントルと同じモリブデン同位体組成を持っていたことを意味する。
理論研究では、前年度に引き続き、地球型惑星の成長における地殻・マントル・コア間の元素分配に関する理論モデルの構築を進めている。

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

分析技術の開発では大きな進歩があった。まず、前年度問題となっていたスズとニオブが共存してしまう問題を解決することができた。また、TIMSによるモリブデン同位体分析において、ダブルフィラメント法を導入することにより、従来の四分の一の試料量で同精度の分析が可能になったことは特筆すべきである。
一方、太古代地球試料の分析では、地球上最古の岩石として太古代アカスタ片麻岩体苦鉄質岩のデータを出すことに成功した。ただし、本研究の作業仮説である、s-processに富んだ原始地球の成分は検出されなかったため、更なる試料の分析が必要であることがわかった。コロナ禍による実験の制約があり、2020年度前半はほとんど実験を行うことができなかった。それにもかかわらず、上記のような成果が出ているため、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

研究計画1：太古代試料のモリブデン同位体分析：アカスタ片麻岩体苦鉄質岩のモリブデン同位体分析を継続する。また、コマチアイトに関しては、バーバートンおよびゴルゴナの試料を対象に、核合成起源モリブデン同位体異常の分析を実施する。更に、太古代試料のモリブデン安定同位体分別（MDF）の測定も行う。
研究計画2：コマチアイトの記載：バーバートンおよびゴルゴナのコマチアイトの白金族存在度に関する記載を行う。また、コマチアイトの硫黄存在度について、分析法の立ち上げを検討する。
研究計画3： 地球型惑星集積の数値モデル化:惑星集積過程と衝突過程を組み合わせたモデルに同位体情報を組み込み、地球集積時の元素分配進化を計算する。

研究成果

• [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
• [雑誌論文] Nucleosynthesis: The Where and How (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Tetsuya、Tsujimoto Takuji
  • 雑誌名: Encyclopedia of Geology 2nd edition 巻: 5 ページ: 1～19
  • DOI: 10.1016/B978-0-08-102908-4.00121-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Globally distributed iridium layer preserved within the Chicxulub impact structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Goderis Steven、Sato Honami、Ferriere Ludovic、et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 ページ: 3647～3647
  • DOI: 10.1126/sciadv.abe3647
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] New geochronological constraints on the middle Archean Shurugwi greenstone belt toward an understanding of the crustal evolution of the Zimbabwe Craton (2021)
  • 著者名/発表者名: Sawada Hikaru、Sawaki Yusuke、Sakata Shuhei、Ishikawa Akira、Muteta Brian、Isozaki Yukio、Maruyama Shigenori
  • 雑誌名: Journal of African Earth Sciences 巻: 173 ページ: 104021～104021
  • DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2020.104021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Modification of the composition and density of Mercury from late accretion (2021)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Genda Hidenori、Brasser Ramon
  • 雑誌名: Icarus 巻: 354 ページ: 114064～114064
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114064
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Problem of Iron Isotope Composition of the Earth and Moon. Data on δ57Fe of Luna 16, Luna 20, and Luna 24 Lunar Soil Samples (Report on the XXII Symposium on the Geochemistry of Stable Isotopes, Moscow, October 29-31, 2019) (2020)
  • 著者名/発表者名: Galimov E. M.、Okabayashi S.、Yokoyama T.、Hirata T.、Terakado K.
  • 雑誌名: Geochemistry International 巻: 58 ページ: 1193～1198
  • DOI: 10.1134/S0016702920110063
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Compositional heterogeneity of Archean mantle estimated from Sr and Nd isotopic systematics of basaltic rocks from North Pole, Australia, and the Isua supracrustal belt, Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Hitomi、Sano Ayane、Kagami Saya、Yokoyama Tetsuya、Ishikawa Akira、Komiya Tsuyoshi、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 347 ページ: 105803～105803
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2020.105803
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new concept for the genesis of felsic magma: the separation of slab-derived supercritical liquid (2020)
  • 著者名/発表者名: Taniuchi Hajime、Kuritani Takeshi、Yokoyama Tetsuya、Nakamura Eizo、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65641-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magma plumbing system for the Millennium Eruption at Changbaishan volcano, China: Constraints from whole-rock U-Th disequilibrium (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro、Nishimoto Jumpei、Yokoyama Tetsuya、Miyamoto Tsuyoshi
  • 雑誌名: Lithos 巻: 366-367 ページ: 105564～105564
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Occurrence and chemical composition of the Eoarchean carbonate rocks of the Nulliak supracrustal rocks in the Saglek Block of northeastern Labrador, Canada (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Satoshi、Ishikawa Akira、Aoki Shogo、Komiya Tsuyoshi
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 30 ページ: 1-34
  • DOI: 10.1111/iar.12381
  • 査読あり
• [雑誌論文] A framework for understanding Mo isotope records of Archean and Paleoproterozoic Fe- and Mn-rich sedimentary rocks: Insights from modern marine hydrothermal Fe-Mn oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: Goto Kosuke T.、Sekine Yasuhito、Shimoda Gen、Hein James R.、Aoki Shogo、Ishikawa Akira、Suzuki Katsuhiko、Gordon Gwyneth W.、Anbar Ariel D.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 280 ページ: 221～236
  • DOI: 10.1016/j.gca.2020.04.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A simple determination of whole-rock major- and trace-element composition for peridotite by micro-XRF spectrometer and ICP-MS using fused-glass bead (2020)
  • 著者名/発表者名: Akizawa Norikatsu、Ishikawa Akira、Kogiso Tetsu
  • 雑誌名: GEOCHEMICAL JOURNAL 巻: 54 ページ: 81～90
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Escape and Accretion by Cratering Impacts: Formulation of Scaling Relations for High-speed Ejecta (2020)
  • 著者名/発表者名: Hyodo Ryuki、Genda Hidenori
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 898 ページ: 30～30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9897
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Kajitani, I., Nakada, R., Koike, M., Tanabe, G., Usui, T., Matsu'ura, F., Fukushi, K., Yokoyama, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Small-scale isotopic analysis of geological materials using the Laser Ablation with Filter (LAF) sampling method (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda, Y., Yokoyama, T., Okabayashi, S., Ishikawa, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Highly siderophile element mobility during serpentinization of forearc mantle peridotite (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, N., Ishikawa, A., Yokoyama, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Highly siderophile geochemistry of komatiites from Pilbara Craton, Western Australia (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano. S., Ishikawa, A., Ueno, Y., Yokoyama, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] 神津島流紋岩及び玄武岩質捕獲岩の地球化学的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村達也、横山哲也、石川晃
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Origin and evolution of distinct isotopic variabilities for Sr, Mo, and Nd within inner and outer solar system (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, T., Fukai, R., Nagai, Y., Hirata, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Origin and evolution of distinct isotopic variabilities for Sr, Mo, and Nd within CC and NC reservoirs (Keynote Talk) (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, T., Fukai, R., Nagai, Y., Hirata, T.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Origin of Hawaiian mantle xenoliths: fragments of mantle plume? (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujita, R., Ishikawa, A., Yokoyama, T., Garcia, M.O.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] Assessment of the effect of mass-dependent fractionation on 142Nd compositions in Archean rocks (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukai, R., Asanuma, H., Komiya, T., Yokoyama, T., Hirata, T.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] Lead Isotope Analysis for Picogram Size Samples by TE-DS-TIMS using Amplifier equipped with 10^13 Ohm Resistor (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukami, Y., Tobita, M., Yokoyama, T., Suzuki, K.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] No impact signatures in Earth’s oldest rocks from Acasta Gneiss Complex, Canada (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A., Koshida, K., Suzuki, K., Yokoyama, T., Komiya, T.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Laser Ablation with Filter (LAF) sampling method for micro-scale isotopic analysis of geologic materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda, Y., Yokoyama, T., Okabayashi, S., Ishikawa, A.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] 10＾13Ω抵抗付増幅器を使用したTE-DS-TIMSによる極微量鉛同位体分析における時定数補正について (2020)
  • 著者名/発表者名: 深海雄介、飛田南斗、横山哲也、鈴木勝彦
  • 学会等名: 日本地球化学会年会、オンライン
• [学会発表] 隕石の重元素同位体異常にまつわる最近の話題 (2020)
  • 著者名/発表者名: 横山哲也
  • 学会等名: 研究会「星の錬金術から銀河考古学へ」 、オンライン
  • 招待講演
• [学会発表] Recent progress in the application of nucleosynthetic isotope anomalies in meteorites (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, T.
  • 学会等名: ISAS Colloquium, on-line
  • 招待講演
• [学会発表] ハワイ諸島産マントル捕獲岩の全岩オスミウム同位体と強親鉄性元素組成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤田遼, 石川晃, 横山哲也, Michael Garcia
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] ペルム紀パンサラッサ海Sr収支変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 可児智美, 磯崎行雄, 三澤啓司, 石川晃, 米田成一
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] 太平洋赤色泥における白亜紀―古第三紀境界付近の古地磁気記録 (2020)
  • 著者名/発表者名: 臼井洋一, 山崎俊嗣, 大田隼一郎, 佐藤峰南, 石川晃
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] Exploring the World’s Largest LIP: Testing the Ontong Java Nui hypothesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano, R., Tejada, M.L., Neal, C., Coffin, M., Nakanishi, M., Michael, P., Geldmacher, J., Hanyu, T., Miura, S., Timm, C., Koppers, A., Suetsugu, D., Tonegawa, T., Ishikawa, A., Shimizu, K., Castillo, P.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint meeting 2020, On-line
• [学会発表] A Peridotite Xenolith from Garnet-Stability Field beneath Aitutaki: An Implication for Small-Scale Convection (2020)
  • 著者名/発表者名: Akizawa, N., Ozawa, K., Wallis, S., Tamura, A., Ishikawa, A., Kogiso ,T.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] Stable Sr Isotopes of the Middle-Late Permian Carbonate: Its Implication for Driving Ocean Sr Budget Change (2020)
  • 著者名/発表者名: Kani, T., Isozaki, Y., Misawa, K., Ishikawa, A., Yoneda, S.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会
• [学会発表] In situ Hydrogen Isotope Analysis of Pyroxenes in Precambrian Gabbro (2020)
  • 著者名/発表者名: Yagi, H., Itoh, S., Ishikawa, A., Shibuya, T., Ueno, Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference, On-line
  • 国際学会