地球史上最大”中太古代環境変動”の解明：初期大陸出現による海洋・生物圏環境変化

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01996
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 清川 昌一 九州大学, 理学研究院, 准教授 (50335999)
• 研究分担者: 伊藤 孝 茨城大学, 教育学部, 教授 (10272098) ; 竹原 真美 国立極地研究所, 研究教育系, 特任研究員 (70792448) ; 池原 実 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90335919) ; 後藤 孝介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (30612171)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 中太古代 / 縞状鉄鉱層 / 黒色頁岩 / 黄鉄鉱 / シデライト

研究実績の概要

現在まで取得している試料についてより詳細な観察/分析を行い，大陸形成がスタートした中太古代における海洋状態の状況を明らかにしようとした．試料は31億年前のCleaverville層の掘削コアCL3およびバーバートン帯コマチ川セクションのマペペ層の取得試料について観察により，層序の立て直し，顕微鏡観察，電顕観察，化学分析を行ってきた．
マペペ層は柱状図やルートマップが完成しており，連続試料が残っている．ただ，川沿いの新鮮な岩石試料ではあるが，泥岩部分は風化されており，特にBIFと思われる場所はゴッサン化しており，オリジナルな鉄層を復元することができていない．
一方，オーストラリア，ピルバラの掘削CL3コアは，海岸線で広範囲に見られるBIF層の赤く見えていた地層は緑泥石からなる粘土層であり，それとチャートと酸化鉄のラミナからなる縞状鉄鉱層が互層することが明らかになった．初期の鉄の沈殿はシデライトが沈殿しており，沈殿後により結晶化することを見いだした．鉄濃集層もシリカ分がすくない粘土層中に鉄分が増加してくるようであり，その部分のみマグネタイト結晶ができ，粘土層中の鉄分の増加過程とシデライト形成の要因が太古代BIFの形成に関与することがわかった．
今のところ，これらの試料には陸源物質は挟んでおらず，基本火山灰とシリカ層そして鉄層からなる．地層はこれらより上位の地層になってくると陸源砕屑物が増えてくる．この変化は，広域な陸地が広がることによるものか，ローカルな変化を見ているかについては，側方分布を行うことおよびSrなどの花崗岩の影響をどのくらい含むかを検討する予定である．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初，掘削を予定していたが，コロナの影響のために計画は大幅におくれた．また，当初予定していた学生との研究教育および試料作成などに時間がかかっており，当初の予定より遅れ気味である．
今までの試料についての詳細な観察/分析に集中して行うことにした．

今後の研究の推進方策

現地調査ができないために，今までの試料についての詳細観察/分析および成果作成に力を入れることにした．そして，特に31－32億年前の層序が確定（自分らで計画した）しているクリバービル層とアフリカ，マペペ層について詳細な記載/高精度の分析を行う予定である．クリバービル層は，新鮮なコア試料を取得しており，200ｍの記載が終わりつつあるが，より詳細な鏡下視点の連続した記載が行われていない．また，類似の地層である，マペペ層では20cmおきの試料採取が終わっているが，詳細な炭素，硫黄，全岩分析はまだ行われていない．これらを行うことで陸源の影響，火山活動の影響を把握して，この時代の海洋環境とその変化について考察する．
また，BIFの形成にグリーナライト（鉄の粘土鉱物）が関与しているとの報告があり，保存の良いCL3コアについても，TEM観察を行いその関与の有無を明らかにする．また，緑泥石からなる緑色泥岩層は，マペペ層のチャート/BIFの互層や熱水直上にたまっているチャート層中（Dixon Island Formation） にも残されており，定常的な太古代の堆積物の可能性がある．この均質で堆積構造のない層についても，REEや全岩分析よりその起源を追求していく．

研究成果

• [雑誌論文] Redox fluctuation and δ13Corg-δ34S perturbations recorded in the 1.9 Ga Nuvilik Formation of the Cape Smith belt, Canada.Precambrian Research (2021)
  • 著者名/発表者名: 2.Kento Motomura, Shoichi Kiyokawa, Minoru Ikehara, Takashi Sano, Wouter Bleeker, Kentaro Tanaka, Tsubasa Miki, Yuji Sano.
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 359 ページ: 1－12
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2021.106191
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrothermal formation of iron-oxyhydroxide chimney mounds in a shallow semi-enclosed bay at Satsuma Iwo-Jima Island, Kagoshima, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: 3.Shoichi Kiyokawa, Takashi Kuratomi, Tatsuhiko Hoshino, Shusaku Goto, Minoru Ikehara.
  • 雑誌名: Geological Society of America Bulletin 巻: 133 ページ: 1890-1908
  • DOI: 10.1130/B35782.1.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Progressive ocean oxygenation at ~2.2 Ga inferred from geochemistry and molybdenum isotopes of the Nsuta Mn deposit, Ghana. (2021)
  • 著者名/発表者名: 4.Kosuke T. Goto, Yasuhito Sekine, Takashi Ito, Katsuhiko Suzuki Ariel D. Anbar, Gwyneth W. Gordon, Yumiko Harigane, Teruyuki Maruoka, Gen Shimoda, Teruhiko Kashiwabara, Yutaro Takaya, Tatsuo Nozaki, James R. Hein, George M. Tetteh, Frank K. Nyame, Shoichi Kiyokawa,
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 567 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Ventilation of the deep ocean 2.2 billion years ago: Evidence from the Birimian Greenstone Belt, Ghana (2021)
  • 著者名/発表者名: KE Yamaguchi, M Ikehara, S Kiyokawa, T Ito, T Onoue
  • 学会等名: Goldschmidt
• [学会発表] 31億年前の縞状鉄鉱層掘削：豪州ピルバラ海岸グリーンストーン帯におけるDXCL掘削 (2021)
  • 著者名/発表者名: 清川 昌一，伊藤 孝，池原 実，山口 耕生，石川 浩平，竹原 真美，堀江 憲路，
  • 学会等名: JpGU Meeting