太古代チャートの多種同位体と微量元素の地球化学:海洋環境と生命活動記録の解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20340146
• 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: 層位・古生物学
• 研究機関: 東邦大学 (2009-2011); 独立行政法人海洋研究開発機構 (2008)
• 研究代表者: 山口 耕生 東邦大学, 理学部, 准教授 (00359209)
• 研究分担者: 加藤 泰浩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40221882) ; 鈴木 勝彦 海洋研究開発機構, 地球内部変動研究センタ-, グループリーダー (70251329) ; 清川 昌一 九州大学, 大学院・理学研究院, 准教授 (50335999) ; 根建 心具 鹿児島大学, 理学部, 教授 (10107849)
• 連携研究者: 奈良岡 浩 九州大学, 大学院・理学研究院, 教授 (20198386) ; 伊藤 孝 茨城大学, 教育学部, 教授 (10272098) ; 池原 実 高知大学, 海洋コア総合研究センター, 准教授 (90335919)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• キーワード: 太古代 / 堆積岩 / チャート / 縞状鉄鉱層 / 黒色頁岩 / 安定同位体

研究概要

豪北西部ピルバラ地域で採取された、約34.6億年前のチャートと約32億年前のチャート/BIF(縞状鉄鉱層)および黒色頁岩の陸上掘削試料を用いて、堆積当時の海洋環境および微生物活動を制約する研究を行い、以下の成果が得られた。約34.6億年のチャート試料中の主要元素とREE存在量から海底熱水活動由来の鉄が深海で酸化された事、ケイ酸塩成分の酸素同位体組成からは堆積環境の温度は極めて高かった事、海水-熱水混合モデルからは当時の深海の溶存酸素は64μg/kg(現在の量の1%)以上だった事、がわかった。約32億年前のBIFデータからも同様の結果が得られた。約32億年前の黒色頁岩の研究では、微生物による脱窒があった事、主にバクテリアからなる光合成主体の微生物活動が盛んだった事、局所的に嫌気的な深海では硫酸還元が行われていた事、等がわかった。太古代中期の海洋は、全般的に酸化的であるが局所的に嫌気層が発達する現代の海洋とほぼ同様な構造を持っていた事がわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Lateral variations in the lithology and organic chemistry of a black shale succession of the Mesoarchean Dixon Island Formation in the coastal Pilbara Terrane Western Australia : Influence by syndepositional hydrothermal activity (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyokawa, S., Ito, T., Ikehara, M., Yamaguchi, K. E., Koge, S., and Sakamoto, R.
  • 雑誌名: Island Arc 21 巻: 21 ページ: 118-147
  • DOI: doi:10.1111/j.1440-1738.2012.00811.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of tides and weather on the sedimentation of iron-oxyhydroxides in a shallow-marine hydrothermal environment at Nagahama Bay, Satsuma Iwo-Jima Island, Kagoshima, southwest Japan (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyokawa, S., Ninomiya, T., Oguri, K., Ito, T., Ikehara, M., Nagata, T., and Yamaguchi, K. E.
  • 雑誌名: Island Arc 21 巻: 21 ページ: 66-78
  • DOI: doi:10.1111/j.1440-1738.2012.00808.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep-sea mud in the Pacific Ocean as a potential resource for rare-earth elements (2011)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Fujinaga, K., Nakamura, K., Takaya, Y., Kitamura, K., Ohta, J., Toda, R., Nakashima, T. and Iwamori, H.
  • 雑誌名: Nature Geoscience
  • DOI: doi:10.1038/NGEO1185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extreme oxygen isotope anomaly with a solar origin detected in meteoritic organics (2011)
  • 著者名/発表者名: Hashizume, K., Takahata, N., Naraoka, H., and Sano, Y.
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 4 ページ: 165-168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron and carbon isotope evidence for ecosystem and environmental diversity in the～ 2.7 to 2.5 Ga Hamersley Basin (2010)
  • 著者名/発表者名: Czaja, A. D., Johnson, C. M., Beard, B. L., Eigenbrode, J. L., Freeman, K. H., and Yamaguchi, K. E.
  • 雑誌名: Western Australia. Earth and Planetary Science Letters 巻: 292 ページ: 170-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geochemistry of modern carbonaceous sediments overlain by a water mass showing photic zone anoxia developed in the salime meromictic Lake Kai-ike, and phosphorus (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Oguri, K., Ogawa, N. O., Sakai, S., Hirano, S., Kitazato, H., and Ohkouchi, N.
  • 雑誌名: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 巻: 294 ページ: 72-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enrichment of molybdenum in Mesoarchean black shales : A preliminary result of DXCL-DP(Dixon Island-Cleaverville Drilling Project), Pilbara Western Australia (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Sakamoto, R., Hosoi, K., Kiyokawa, S., Naraoka, H., Ikehara, M., and Ito, T.
  • 雑誌名: Geological Survey of Western Australia 巻: 18 ページ: 398-400
• [雑誌論文] Mesoarchean hydrothermal oceanic sedimentation and environment : DXCL-Drilling West Pilbara, Australia (2010)
  • 著者名/発表者名: Kiyokawa, S., Ito, T., Ikehara, M., Yamaguchi, K. E., Naraoka, H., Sakamoto, R., Koge, S., Hosoi, K., and Suganuma, Y.
  • 雑誌名: Geological Survey of Western Australia 巻: 18 ページ: 375-377
• [雑誌論文] Hydrothermal activity and iron sedimentation in Nagahama Bay, Satsuma Iwojima Island, Kagoshima, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagata, T., Kiyokawa, S., Sakamoto, R., Takehara, M., Ikehara, M., Oguri, K., Goto, S., Ito, T., and Yamaguchi, K. E.
  • 雑誌名: Geological Survey of Western Australia 巻: 18 ページ: 378-379
• [雑誌論文] Reconstruction of 3.2 Ga ocean floor environment from cores of DXCK Drilling Project, Pilbara, Western Australia. Results of stratigraphic analysis and sulfur isotope analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, R., Kiyokawa, S., Ito, T., Ikehara, M., Naraoka, H., Yamaguchi, K. E., and Suganuma, Y.
  • 雑誌名: Geological Survey of Western Australia 巻: 18 ページ: 386-387
• [雑誌論文] Re-Os geochronology of the Iimori Besshi-type massive sulfide deposit in the Sanbagawa metamorphic belt, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T., Kato, Y., and Suzuki, K.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 74 ページ: 322-331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Re-Os年代測定法による硫化物鉱床生成年代の直接決定とその応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木勝彦, 加藤泰浩
  • 雑誌名: 資源地質 巻: 60 ページ: 25-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clues of Early Life : Dixon Island-Cleaverville Drilling Project(DXCL-DP) in the Pilbara Craton of Western Australia. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kiyokawa, S., Ito, T., Ikehara, M., Kitajima, F., and Suganuma, Y.
  • 雑誌名: Scientific Drilling 巻: 7 ページ: 34-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Box modeling to estimate the degree of water-rock interaction during the Paleoproterozoic Lateritization of the Hekpoort Basalt (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 雑誌名: South Africa. Journal of Geochemical Exploration 巻: 101 ページ: 118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comment on "Evaluation of palaeo-oxygenation of the ocean bottom across the Permian-Triassic boundary" by Kakuwa(2008): Was the Late Permian deep-superocean really oxic (2009)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y. and Isozaki, Y.
  • 雑誌名: Global and Planetary Change 巻: 69 ページ: 79-81
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hematite formation by oxygenated groundwater more than 2.76 billion years ago (2009)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y., Suzuki, K., Nakamura, K., Hickman, A. H., Nedachi, M., Kusakabe, M., Bevacqua, D. C. and Ohmoto, H.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 278 ページ: 40-49
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ontong Java Plateau eruption as a trigger for the Early Aptian oceanic anoxic event (2009)
  • 著者名/発表者名: Tejada, M. L. G., Suzuki, K., et al
  • 雑誌名: Geology 巻: 37 ページ: 855-858
  • DOI: DOI:10.1130/G25763A.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt changes of intermediate-water oxygen in the northwestern Pacific during the last 27 kyr (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishizaki, Y., Ohkushi, K., Ito, T., and Kawahata, H.
  • 雑誌名: Geo-Marine Letters
  • DOI: doi:10.1007/s00367-008-0128-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] 太古代海底熱水系の地質1 :南アフリカ・バーバートン帯中の33億年前マサウリ亜層の岩相と全有機炭素量および炭素同位体比 (2008)
  • 著者名/発表者名: 清川昌一, 稲本雄介, 伊藤孝, 池原実, 北島富美雄
  • 雑誌名: 茨城大学教育学部紀要(自然) 巻: 57 ページ: 7-15
• [雑誌論文] 西オーストラリア・ピルバラ・デキソンアイランド層の地質-9 :デキソンアイランドDX-A・D・E・F地域の地質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高下将一郎, 清川昌一, 伊藤孝, 池原実
  • 雑誌名: 茨城大学教育学部紀要(自然) 巻: 57 ページ: 17-25
• [学会発表] Biogeochemical cycling of C, N, S, and Fe and origin of organic matter recorded in the 3.2 Ga-old black shales (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kobayashi, Y., Kobayashi, D., Nakamura, T., Ikehara, M., Sakamoto, R., Naraoka, H., Kiyokawa, S., and Ito, T.
  • 学会等名: 2^<nd> International Geoscience Symposium. Record of oceanic environments through Earth history
  • 発表場所: National Taiwan Ocean University, Keelung, Taiwan
  • 年月日: 20120305-09
• [学会発表] Dixon Island-Clearverville Drilling Projects(DXCL-DP) Phases 1 & 2 in northwestern Pilbara, Western Australia : Searching for clues in the co-evolution of microbial biosphere and environments in early Earth from 3.2 Ga old sedimentary rocks (2011)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生、清川昌一、池原実、伊藤孝
  • 学会等名: 第4回アストロバイオロジー・ワークショップ
  • 発表場所: 神戸大学、兵庫県神戸市
  • 年月日: 20111026-27
• [学会発表] Evidence for the fully-oxygenated oceans and atmosphere during the Archean eon (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohmoto, H., Lasaga, A. C., Watanabe, Y., and Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: Geological Society of America, Annual Meeting
  • 発表場所: Minneapolis, MN, USA
  • 年月日: 20111009-12
• [学会発表] Freeze-fry cycles in the Paleoproterozoic Turee Creek Group, Western Australia (2011)
  • 著者名/発表者名: VanKranendonk, M. J., Lepland, A., and Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: 21st V. M. Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Pragh, Czech
  • 年月日: 20110814-19
• [学会発表] Development of the modern-style geochemical cycle of uranium by 3.5 Ga : a solution to the "lead paradox" (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohmoto, H., Watanabe, Y., Yamaguchi, K. E., Bevacqua, D. C., Johnson, I., and Rushton, T.
  • 学会等名: 21st V. M. Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Pragh, Czech
  • 年月日: 20110814-19
• [学会発表] Enrichment of Mo in the 3.2 Ga old Black Shales Recovered by DXCL-DP(Dixon Island-Cleaverville Drilling Project) in Pilbara Western Australia (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kiyokawa, S., Ikehara, M., Suganuma, Y., and Ito, T.
  • 学会等名: Origins 2011
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20110703-08
• [学会発表] 約25-27億年前の生態系と環境の多様性:鉄と有機炭素の安定同位体からの視点(Ecosystem and environments 2.5-2.7 Ga ago : Geochemical Records from the Hamersley Basin, Western Australia) (2011)
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 20110522-27
• [学会発表] Molybdenum Enrichment in the 3.2 Ga old Black Shales Recovered by Dixon Island-Cleaverville Drilling Project(DXCL-DP) in Northwestern Pilbara, Western Australia (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kiyokawa, S., Naraoka, H., Ikehara, M., Ito, T., Suganuma, Y., Sakamoto, R., and Hosoi, K.
  • 学会等名: American Geophysical Union, Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 20101213-17
• [学会発表] 鉄と有機炭素の安定同位体組成から見た25.27億年前の生態系と環境の多様性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生、Andy Czaja, Clark Johnson, Brian Beard, Jen Eigenbrode, Kate Freeman, Brian Beard, Jen Eigenbrode, Kate Freeman
  • 学会等名: 日本地質学会第117年学術大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20100918-20
• [学会発表] Enrichment of molybdenum in Mesoarchean black shales : A preliminary result of DXCL-DP(Dixon Island. Cleaverville Drilling Project), Pilbara, Western Australia. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Sakamoto, R., Hosoi, K., Kiyokawa, S., Naraoka, H., Ikehara, M., and Ito, T.
  • 学会等名: 5^<th> International Archean Symposium(5IAS)
  • 発表場所: Perth, Australia
  • 年月日: 20100905-09
• [学会発表] Discovery of 3.2 billion-years-old sulfidic black shales : A progress report of the Dixon Island-Cleaverville Drilling Project(DXCLDP) in the Pilbara Craton, Western Australia (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kiyokawa, S., Ito, T., and Ikehara, M.
  • 学会等名: Lunar and Planetary Institute(LPI) Contribution No.1538, 5199. In Astrobiology Science Conference(AbSciCon) 2010
  • 発表場所: League City, TX, USA
  • 年月日: 20100426-29
• [学会発表] Iron and carbon isotope evidence for ecosystem and environmental diversity in the～ 2.7 to 2.5 Ga Hamersley Province, Western Australia (2010)
  • 著者名/発表者名: Czaja, A. D., Johnson, C. M., Beard, B. L., Eigenbrode, J. L., Freeman, K. H., and Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: Lunar and Planetary Institute(LPI) Contribution No.1538, 5175.In Astrobiology Science Conference(AbSciCon) 2010
  • 発表場所: League City, TX, USA
  • 年月日: 20100426-29
• [学会発表] Non-traditional stable isotope biogeochemistry of transition metals : A new tool for detecting biosignatures and constraining metabolism in modern subsurface environments and early Earth (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: 8th International Symposium on Subsurface Microbiology(ISSM2009)
  • 発表場所: Higashi Shizuoka, Japan
  • 年月日: 20091116-21
• [学会発表] Iron and carbon isotope evidence for ecosystem and environmental diversity in the～ 2.7 to 2.5 Ga Hamersley Basin, Western Australia (2009)
  • 著者名/発表者名: Czaja, A. D., Johnson, C. M., Beard, B. L., Eigenbrode, J. L., Freeman, K. H., and Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: Geological Society of America, Annual Meeting
  • 発表場所: Portland, OR, USA
  • 年月日: 20091018-21
• [学会発表] REE+Y geochemistry of the 3.46 Ga Marble Bar Chert recovered by the Archean Biosphere Drilling Project(ABDP) (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kato, Y., Nakamura, K., Suzuki, K., Watanabe, Y., Nedachi, M., and Ohmoto, H.
  • 学会等名: 19th V. M. Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Davos, Switzerland
  • 年月日: 20090621-26
• [学会発表] Fe, S, and C isotopes record great microbial diversity in the Neoarchean (2009)
  • 著者名/発表者名: Johnson, C. M., Yamaguchi, K. E., Ohmoto, H., and Beard, B.
  • 学会等名: 19th V. M. Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Davos, Switzerland
  • 年月日: 20090621-26
• [学会発表] 初期原生代のラテライト形成と生命-水-鉱物相互作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
  • 年月日: 20090516-21
• [学会発表] Box modeling to estimate the degree of water-rock interaction during the Paleoproterozoic Lateritization of the Hekpoort Basalt, South Africa (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: Geofluids 2009
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 20090415-18
• [学会発表] Laterite Formation in the Paleoproterozoic (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: International Geoscience Symposium "Precambrian World 2009"
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20090306-08
• [学会発表] Archean Biosphere Drilling Project(ABDP)試料による約34.6億年前のMarble Bar Chertの地球化学:鉄酸化物の形成プロセスと海洋の酸化還元状態. (2008)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生、加藤泰浩、中村謙太郎、鈴木勝彦、根建心具、Arthur Hickman、渡邊由美子・大本洋
  • 学会等名: 日本地質学会第115年学術大会
  • 発表場所: 秋田大学
  • 年月日: 20080920-22
• [学会発表] 初期原生代「大気中酸度濃度急上昇イベント」の玄武岩に発達したラテライトの成因:鉄と酸素の同位体からの制約 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生, J. Valley, C. Johnson, B. Beard, J. Gutzmer, N. J. Beukes, H. Ohmoto
  • 学会等名: 日本地球化学会第55回年会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 20080917-19
• [学会発表] The oldest laterite on Earth? Paleoproterozoic low-latitude lateritic weathering profile from Botswana (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 学会等名: International Geological Congress(IGC)
  • 発表場所: Oslo, Norway
  • 年月日: 20080806-14
• [学会発表] Geochemical evidence for oxygenated oceans 3.46 Ga ago : REE geochemistry of the Marble Bar Chert recovered by the Archean Biosphere Drilling Project(ABDP) (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Kato, Y., Nakamura, K., Suzuki, K, Watanabe, Y., Nedachi, M., and Ohmoto, H.
  • 学会等名: Australian Earth Science Convention(AESC) 2008, New Generation Advances in Geoscience
  • 発表場所: Perth, Western Australia
  • 年月日: 20080720-24
• [学会発表] Coupled C-S-Fe isotope variations in Archean-Paleoproterozoic shales trace microbial metabolisms and redox state in the early Earth. (Astrobiology 8, 326) (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E., Johnson, C. M., Beard, B. L., Poulson, S. R., and Ohmoto, H.
  • 学会等名: Astrobiology Science Conference (AbSciCon)
  • 発表場所: Santa Clara, CA, USA
  • 年月日: 20080414-17
• [図書] 地球史と鉱床形成, In宇宙と地球の化学辞典 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 古土壌と大気進化, In宇宙と地球の化学辞典 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 大気中酸素濃度上昇, In宇宙と地球の化学辞典 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口耕生
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] Paleosol. In Encyclopedia of Astrobiology(ed. M. Gargaud) (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K. E.
  • 総ページ数: 1211-1212
  • 出版者: Springer