小惑星における流体存続期間の推定

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03952
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 国広 卓也 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (30432628)
• 研究分担者: 小林 桂 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (20325129)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: コンドライト / コンドリュール / 流体プロセス / 小惑星 / 微量元素

研究実績の概要

小惑星は太陽系円盤にて形成した物質が 46 億年前に集積した天体で，放射壊変や衝突現象によって加熱され化学平衡に近づき，現在に至る年月の中で化学及び物理プロセスを経て多様性を獲得する．小惑星物質の進化における流体の寄与は顕著で，あらゆる炭素質コンドライトに水質変成の痕跡が確認される一方，流体プロセスの継続期間について，定量的に論じるに至らない．
炭素質コンドライトに含まれるコンドリュールは太陽系円盤で形成され小惑星に集積した後に流体と反応し，アルカリ元素は再分配されたとみなすことができる．本研究の目的は，流体に対して反応性の高いアルカリ元素の分布から流体プロセスの痕跡を求め，初期数百万年に限定することなく，小惑星構成物質が最後に流体と反応した年代を明らかにすることである．
コンドリュールは太陽系円盤で形成され，その形成年代は Pb-Pb 法などですでに求められている．コンドリュールに含まれる，流体との反応性の高い部分に注目し，この年代を求めることで小惑星における最近の流体プロセスの検知を試みる．
局所微量元素分析法確立，隕石試料の記載，並びに流体プロセスの年代決定を計画するところ，第二年度は初年度に準備した局所微量元素分析法を応用すべく，隕石試料の解析に着手した．レーザープローブ ICP 質量分析法と二次イオン質量分析法によりこれらを分析した．それぞれの手法を用いた分析について感度，精度及び確度を定量的に比較し，双方を相補的に組み合わせた分析を実施した．

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

本研究は，先に述べたよう，局所微量元素分析法確立，隕石試料の記載，並びに流体プロセスの年代を決定することを計画している．初年度は隕石試料を構成する各鉱物の微量元素濃度を求めるため，また試料抽出法の妥当性を検証するため，局所微量元素分析法の開発に取り組んだ．第二年度は，これを隕石試料に応用することを予定していた．
コンドリュールから化学的に抽出されるメソスタシスに対し年代測定法を応用するにあたり，また対応する薄片に含まれるメソスタシス構成要素のアルカリ元素 (Li, Rb, Cs) 並びにアルカリ土類元素 (Sr, Ba) の濃度を求めるにあたり数十ミクロン程度の空間分解能をもつ局所分析が必要である．本研究では二次イオン質量分析法並びにレーザープローブ ICP 質量分析法を応用する．
標準試料を整備し，アルカリ (Li, Rb, Cs) 及びアルカリ土類 (Sr, Ba) に，B, Y, Zr, Nb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Pb, Th, U を加え，計 27 元素について検量線を求めた．
以上の分析手法すなわち，レーザープローブ ICP 質量分析法と二次イオン質量分析法を隕石試料に応用した．レーザープローブ ICP 質量分析法による多全素定量と二次イオン質量分析法による高感度分析が相補的に機能し，アエンデ隕石に含まれるコンドリュールの各フェーズについて，微量元素分析を実施した．以上の計画と実施状況を鑑みると，現在までの研究はおおむね順調に進展しているといえる．

今後の研究の推進方策

コンドリュールの各フェーズについての微量元素分析に引き続き，当該コンドリュールの全岩組成および年代測定を実施する予定である．
炭素質コンドライトの 99% 以上が水質変質を受けているところ，変質程度には違いがあり，変質の程度と小惑星における流体の存続期間に相関があることを予測する．そこで，水質変質の程度の異なる炭素質コンドライドを比較分析し，系統的な分析を実施する予定である．水質変質の程度の異なるコンドライトを確保済みである．
アルカリを多く含むメソスタシスはその大きさから，構成鉱物を単離することが難しく，これを化学処理にて抽出することを試みる．化学処理された試料から Rb 並びに Sr をイオン・クロマトグラフィーにて抽出した後，表面電離型質量分析法を用いて Sr 同位体組成並びに Rb/Sr 濃度比を求める計画である．メソスタシスが適切に抽出されていることを確認するために，対応する薄片を用いメソスタシスを構成する鉱物相のモード並びに微量元素濃度を求め，これらから見積られる元素の総量が，抽出されたものが調和的であることを検討する予定である．
今後，以上で述べたように水質変質の程度とその年代の関係を定量的に求める予定である．水質変質の程度と流体の存続期間の間に関係が見いだせない可能性がある．この場合，水質変質の程度が，流体の存続期間よりも温度圧力条件に依存する考え，新たな物質質進化モデルを検討する．

次年度使用額が生じた理由

旅費などの支出の都合，次年度使用額が生じた．

研究成果

• [雑誌論文] Concentration of meteoritic free organic matter by fluid transport and adsorption (2020)
  • 著者名/発表者名: Christian Potiszil, Ryoji Tanaka, Tsutomu Ota, Tak Kunihiro, Katsura Kobayashi, Eizo Nakamura
  • 雑誌名: Geochemical Perspectives Letters 巻: 13 ページ: 30-35
  • DOI: 10.7185/geochemlet.2010
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Albedo of Ryugu: Evidence for a High Organic Abundance, as Inferred from the Hayabusa2 Touchdown Maneuver (2020)
  • 著者名/発表者名: Christian Potiszil, Ryoji Tanaka, Katsura Kobayashi, Tak Kunihiro, Eizo Nakamura
  • 雑誌名: Astrobiology 巻: 20 ページ: 916-921
  • DOI: 10.1089/ast.2019.2198
  • 査読あり / オープンアクセス