顕生代における宇宙塵大量流入イベントと地球環境への影響

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00203
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 尾上 哲治 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 教授 (60404472)
• 研究分担者: 曽田 勝仁 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 日本学術振興会特別研究員(PD) (40850459) ; 山下 勝行 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (50322201) ; 高畑 直人 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (90345059) ; 佐藤 峰南 九州大学, 理学研究院, 助教 (20773394)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 地質学 / 地球化学 / 層位・古生物学

研究実績の概要

2022年度の研究では、美濃山地西部舟伏山地域の美濃帯ペルム系上部グアダルピアン（キャピタニアン）から下部三畳系層状チャートを対象に研究を行った。He同位体分析は、（1）バルク分析、（2）バルク試料の段階加熱分析、（3）酸処理試料を用いた段階加熱分析を行なった。 検討の結果、バルク分析で得られた3He濃度は、ペルム紀キャピタニアンからチャンシンジアンにかけて増加する傾向がみられた。またペルム紀/三畳紀境界より上位層では、3He濃度は急激に低下した。He同位体比（3He/4He比）は、0.3から0.8 Raの値をとり、全体としては検討セクションの下部から上部に向かって緩やかに低下する傾向がみられた。試料の段階加熱分析では、750-950℃の抽出温度で最も高い3He/4He比が得られた。研究の結果、試料中の3He/4He比が地殻岩石中でのHeの生成比（0.02 Ra）より高い値を示すこと、また地球外3Heのホスト鉱物の分解温度である750-950℃の抽出温度において、高い3He/4He比を示すことから、検討した試料に含まれる3Heは、主に地球外起源であることが示された。3He濃度および3He/4He比から地球外由来の3He濃度の変動を見積もると、キャピタニアンからチャンシンジアンにかけて増加傾向にあることが明らかになった。この地球外3He濃度の増加については、地球ヘの宇宙塵流入量増加のほかにも、堆積速度の低下によっても説明できるため、今後は美濃帯のペルム系層状チャートを通じた堆積速度との比較検討が必要である。

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

2022年度の研究において、研究試料の確保に関しては、美濃帯の三畳系試料について、予定していた全ての研究試料を採取することができた。またHe同位体分析に用いる粉末試料の作成に関しては、ほぼ作成を終えている。兵庫県丹波帯の下部~中部ペルム系チャートの一部の試料については、採取を進めることができた。He同位体分析に関しては、バルク試料の加熱法による測定を、東京大学大気海洋研究所のHelix SFTを用いて予定通りに進めることができた。研究計画で予定していたペルム紀中期からペルム紀末までの試料および、一部の中期三畳紀試料の分析が完了した。また2021年度から継続して、チャート試料に含まれる地球外3Heのホスト鉱物を濃集させたヘリウム同位体分析を試みている。強アルカリ溶液を用いて分析試料を前処理することにより、従来のバルク分析に比べて、堆積岩中の地球外3Heを程度濃集させ技術を発展させることができており、これにより地球外物質の濃度が低い試料についても、精度良く分析を進めることができるようになった。計画自体は予定通り進んでおり、全体の計画の進捗状況としては「おおむね順調に進展している」と判断される。

今後の研究の推進方策

ペルム紀中期からペルム紀末の試料および中期三畳紀の試料に関しては、2022度までの研究でHe同位体分析をほぼ完了することができた。2023年度の研究では、これらの時代の試料に加えて、予定していたペルム紀前期から中期の試料および、後期三畳紀の試料の分析を可能な限り進める予定である。研究試料に関しては、丹波帯の下部から中部ペルム系チャートを追加で採取する。採取したチャート試料のうち、正確な年代が決まっていないものに関しては、放散虫化石およびコノドント化石を抽出し、属種の同定および堆積年代の決定を進める。微化石の処理には引き続き、技術職員を雇用して効率的に研究を進めるように取り組む。He同位体分析については、まずは上部三畳系試料から3He濃度および3He/4He比を分析し、宇宙塵フラックスを見積もる予定である。特に、天体衝突イベントの知られているノーリアン後期アラウニアンと、ノーリアン／レーティアン境界に注目して分析を進める予定である。また地球外3Heフラックスの高い、ペルム紀末の約50万年間には、ペルム紀放散虫化石種の絶滅が知られており、地球外物質の大規模な流入が地球環境に与えた影響についても、この時期の環境変動にも注意を払いながら、詳しく検討を進める予定である。

研究成果

• [国際共同研究] パドヴァ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: パドヴァ大学
• [国際共同研究] ブリュッセル自由大学(ベルギー)
  • 国名: ベルギー
  • 外国機関名: ブリュッセル自由大学
• [雑誌論文] Older magma at Aso caldera than at Unzen stratovolcano in south west Japan as recorded through helium isotopes (2023)
  • 著者名/発表者名: Sano Yuji、Kagoshima Takanori、Zhang Maoliang、Takahata Naoto、Onoue Tetsuji、Shibata Tomo、Nishio Yoshiro、Chen Ai-Ti、Lee Hyunwoo、Fischer Tobias P.、Zhao Dapeng
  • 雑誌名: Communications Earth and Environment 巻: 4 ページ: 2
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00649-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sedimentology and biostratigraphy of the upper Triassic carbonates from the Shiriya cape, North Kitakami Belt, Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Peyrotty Giovan、Fucelli Andrea、Peybernes Camille、Onoue Tetsuji、Ueda Hayato、Martini Rossana
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 31 ページ: 12473
  • DOI: 10.1111/iar.12473
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemical records of the end-Triassic Crisis preserved in a deep marine section of the Budva Basin, Dinarides, Montenegro. (2022)
  • 著者名/発表者名: de Graaff Sietze J.、Percival Lawrence M.E.、Kaskes Pim、D?hais Thomas、de Winter Niels J.、Jansen Max N.、Smit Jan、Sinnesael Matthias、Vellekoop Johan、Sato Honami、Ishikawa Akira、Spassov Simo、Claeys Philippe、Goderis Steven
  • 雑誌名: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 巻: 606 ページ: 111250
  • DOI: 10.1016/j.palaeo.2022.111250
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evolutionary diversification of paleoproterozoic prokaryotes: New microfossil records in 1.88?Ga Gunflint Formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kohei、Ishida Akizumi、Takahata Naoto、Sano Yuji、Kakegawa Takeshi
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 380 ページ: 106798
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2022.106798
  • 査読あり
• [雑誌論文] NanoSIMS Analysis of Rare Earth Elements in Silicate Glass and Zircon: Implications for Partition Coefficients (2022)
  • 著者名/発表者名: Shi Lanlan、Sano Yuji、Takahata Naoto、Koike Mizuho、Morita Takuya、Koyama Yuta、Kagoshima Takanori、Li Yuan、Xu Sheng、Liu Congqiang
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry 巻: 10 ページ: 844953
  • DOI: 10.3389/fchem.2022.844953
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ペルム紀/三畳紀境界における地球外3He流入量の変動: 地球科学と惑星科学の境界領域開拓を目指して (2022)
  • 著者名/発表者名: 尾上哲治、高畑直人、曽田勝仁、佐野有司、磯崎行雄
  • 学会等名: 日本地質学会学術大会
• [学会発表] イタリア南部の後期三畳紀ノーリアン/レーティアン境界における強親鉄性元素およびオスミウム同位体比変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤峰南、石川晃、冨松由希、尾上哲治、Rigo Manuel
  • 学会等名: 日本地質学会学術大会
• [学会発表] Enhanced continental weathering in the NW Tethys during the end-Triassic mass extinction (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Onoue, Jozef Michalik, Hideko Shirozu, Misa Yamashita, Katsuyuki Yamashita, Soichiro Kusaka, Katsuhito Soda
  • 学会等名: 2022 Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Biotic extinction at the Norian/Rhaetian boundary (Upper Triassic): geochemical and isotope evidence of a previously unrecognised global event (2022)
  • 著者名/発表者名: Manuel Rigo, Tetsuji Onoue, Honami Sato, Yuki Tomimatsu, Katsuhito Soda, Linda Godfrey, Miriam Katz, Hamish J Campbell, Lydia Tackett, Martyn Golding, Jerry Lei, Jon Husson, Matteo Maron, Sara Satolli, Mariachiara Zaffani, Giuseppe Concheri, Angela Bertinelli, Marco Chiari, Lawrence Tanner
  • 学会等名: 2022 Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Paleoenvironmental reconstruction based on the revised continuous stratigraphy across the Triassic-Jurassic boundary in the Mino Belt, central Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Katsuhito Soda, Yuki Tomimatsu, Tetsuji Onoue, Minoru Ikehara
  • 学会等名: 2022 Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Highly siderophile elements and Os isotope stratigraphy across the Norian/Rhaetian boundary in the Lagonegro Basin, southern Italy (2022)
  • 著者名/発表者名: Honami Sato, Akira Ishikawa, Yuki Tomimatsu, Tetsuji Onoue, Manuel Rigo
  • 学会等名: 2022 Goldschmidt Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Radiolarian responses to the Norian “chaotic carbon episode” in the Panthalassa (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Onoue, Yuki Tomimatsu, Honami Sato, Manuel Rigo
  • 学会等名: 16th InterRad, Ljubljana
  • 国際学会
• [学会発表] Conodonts from the Norian/Rhaetian boundary to the Hettangian: How long did they survive in the Jurassic for? (2022)
  • 著者名/発表者名: Manuel Rigo, Yuki Tomimatsu, Honami Sato, Tetsuji Onoue
  • 学会等名: Jurassic 2022 Congress, Budapest
  • 国際学会
• [学会発表] 美濃帯の三畳紀／ジュラ紀境界における連続層序の改訂と古環境復元 (2022)
  • 著者名/発表者名: 曽田勝仁、冨松由希、尾上哲治、池原 実
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 後期三畳紀Carnian Pluvial Episodeにおけるパンサラッサ遠洋深海域での古海洋環境変動の復元 (2022)
  • 著者名/発表者名: 曽田勝仁、尾上哲治
  • 学会等名: 日本地質学会学術大会
• [学会発表] Cr同位体から見る小惑星Vestaの熱史 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下勝行、高橋典子、米田成一、澤田順弘
  • 学会等名: 日本地球化学会第69回年会
• [学会発表] 精密同位体分析の精度管理に向けた環境認証標準物質の利用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山川茜、永野公代、宇加地幸、大西薫、田中敦、吉永淳、山下勝行、柴田知輝、高宮和成
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] A new approach for detecting trace elements in microfossils: implications for the Paleoproterozoic biosphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Akimizu Ishida, Kohei Sasaki, Takeshi Kakegawa, Naoto Takahata, Yuji Sano
  • 学会等名: 2022 Goldschmidt Conference
  • 国際学会