衝突脱ガス水蒸気大気の分子組成と水素散逸効率の推定

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340168
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉田 精司 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (80313203)
• 研究分担者: 橘 省吾 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50361564) ; 関根 康人 東京大学, 新領域創成科学研究科, 講師 (60431897) ; 阿部 豊 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90192468)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 天体衝突 / 初期地球大気 / 触媒反応 / 衝突蒸気雲 / ユゴニオ曲線 / 高速衝突実験

研究概要

計画最終年度の本年度には、本研究計画で得られた実験および理論計算の結果を実際の地球史や惑星進化史に適応することに力点を置いた。その結果として、主に３つの成果が得られた。
第１は、衝突脱ガス大気の分子組成推定についてである。前年度までに得られた衝突エントロピー増加率と分子組成の間の関係を、現実的な惑星表面物性を考慮して大気組成モデル計算を行った。その結果、惑星重力や日心距離（平均衝突速度の制御因子）と並んで、惑星表面が海で覆われているか否かが非常に重要な影響を持つことが判明した。これらの３つの要素を総合すると、金星およびＭ型星周りのスーパーアースではCO+H2タイプ大気が卓越し、火星および地球ではCH4大気が卓越することが分かった。
第２は、初期地球型惑星の水素散逸量の見積である。集積期間中に形成する水蒸気大気が惑星集積終了後直ちに凝縮して海になる場合と、その後も主星の放射のみで保持される場合では、水素散逸量が大きく異なることが分かった。前者では現在の地球のような海の数倍の水に相当する水素が惑星に残るが、後者では地球の海の1/10相当以下まで水素が枯渇する。この成果は、Nature誌に掲載された。
第３は、レーザー銃を用いた衝突実験および質量分析計測である。実験結果は、天体衝突の直後に硫黄の酸化還元状態が急速に変化することを示していた。これはK/Pg衝突事件において大量の硫酸雨が極めて短期間に降ったことを意味しており、当時の海洋表層の酸性化を強く示唆している。この成果は、Nature Geoscience誌に掲載された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Production of sulphate-rich vapour during the Chicxulub impact and implications for ocean acidification (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohno, S. T. Kadono, K. Kurosawa, T. Hamura, T. Sakaiya, K. Shigemori, Y. Hironaka, T. Sano, T. Watari, K. Otani, T. Matsui and S. Sugita
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 7 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1038/NGEO2095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of two types of terrestrial planet on solidification of magma ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamano, K., Y. Abe and H. Genda
  • 雑誌名: Nature 巻: 497 ページ: 607-610
  • DOI: 10.1038/nature12163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen cyanide production due to mid-size impacts in a redox-neutral N2-rich atmosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., S. Sugita, K. Ishibashi, S. Hasegawa, Y. Sekine, N. O. Ogawa, T. Kadonoe, S. Ohno, N. Ohkouchi, Y. Nagaoka, and T. Matsui
  • 雑誌名: Origin Evol. Life Biosph 巻: 221-245 ページ: 221-245
  • DOI: 10.1007/s11084-013-9339-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation of carbon compounds by silica-derived oxygen within impact-induced vapor plumes (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi, K., S. Ohno, S. Sugita, T. Kadono, and T. Matsui
  • 雑誌名: Earth Planets Sp 巻: 65 ページ: 811-822
  • DOI: 10.5047/eps.2012.12.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of a Polyimide Surface Layer on the Piezoelectric Response of Lead-Zirconate-Titanate Cosmic Dust Detector (2013)
  • 著者名/発表者名: Hattori, M., M. Kobayashi, T. Miyachi, S. Takechi, O. Okudaira, T. Iwai, N. Okada, S. Sugita
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 ページ: 028002
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.028002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dust detector using piezoelectric lead zirconate titanate with current-to-voltage converting amplifier for functional advancement (2013)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M., T. Miyachi, M. Hattori, S. Sugita, S. Takechi, and N. Okada
  • 雑誌名: Earth Planet. Sp. 巻: 65 ページ: 167-173
  • DOI: 10.5047/eps.2012.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] K-Ar法を用いた惑星探査におけるその場年代計測法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長勇一郎, 三浦弥生, 諸田 智克, 杉田 精司
  • 雑誌名: 日本惑星科学会誌 遊星人 巻: 22 ページ: 132-145
  • 査読あり
• [学会発表] Impact Generation of Methane-Rich Atmospheres on Early Terrestrial Planets (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara, H. and S. Sugita
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Principal-Component Analysis of the Continuous 3-μm Spectra of Low-Albedo Asteroids Observed with the Akari Satellite (2014)
  • 著者名/発表者名: Okamura, N., S. Sugita, S. Kamata, F. Usui, T. Hiroi, T. Ootsubo, T. G. Müller, I. Sakon, and S. Hasegawa
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Spectroscopic Observations of Dark Main-Belt Asteroids in The 2.6-3.1μm Range with the Akari Satellite (2014)
  • 著者名/発表者名: Okamura, N., S. Hasegawa, F. Usui, T. Hiroi, T. Ootsubo, T. G. Müller, and S. Sugita
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Ultrafast Imaging Observations of the Impact Jetting during Oblique Impacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa, K., Y. Nagaoka, S. Hasegawa, S. Sugita, and T. Matsui
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] An Experimental Study of Shock-induced Devolatilization of Calcite: Dependence on the Ambient Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohno, S., K. Ishibashi, T. Sekine, K. Kurosawa, T. Kobayashi, S. Sugita and T. Matsui
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Spectral Evolution Tracks of S-Type Asteroids Suggested by Principal Component Analysis of Multi-Band Images of Itokawa (2014)
  • 著者名/発表者名: Koga, S., S. Sugita, S. Kamata, M. Ishiguro, T. Hiroi, S. Sasaki
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Development of an In-Situ K-Ar Isochron Dating Method 2: Validation Measurements with Natural Rocks (2014)
  • 著者名/発表者名: Cho, Y., Y. N. Miura, and S. Sugita
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Reaction Conditions for Formation of Alteration Minerals on Ceres Inferred from Hydrothermal Experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: Mori, M., Y. Sekine, T. Shibuya, T. Kuwatani, K. Suzuki, Y. Masaki, S. Tachibana
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Experimental Evidence for High-Temperature Water-Rock Interactions in a Chondritic Core of Enceladus (2014)
  • 著者名/発表者名: Sekine, Y., T. Shibuya, F. Postberg, H.-W. Hsu, K. Suzuki, Y. Masaki, T. Kuwatani, and S. Tachibana
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Vertical Profile of PDF Orientations and Grain Size Distribution of Shocked Quartz in The Yaxcopoil-1 Core, Chicxulub Impact Structure, Mexico: Constraints on the Ejecta Deposition Process (2014)
  • 著者名/発表者名: Chang, Y., Kazuhisa Goto, Yasuhito Sekine, Eiichi Tajika
  • 学会等名: 45th Lunar and Planetary Science Conference
  • 発表場所: The Woodlands, Texas, USA
  • 年月日: 20140317-20140321
• [学会発表] Emergence of two types of terrestrial planet on solidification of magma ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hamano, Yutaka Abe, Hidenori Genda
  • 学会等名: Exoplanets and Disks: Their Formation and DiversityII(5th Subaru International Conference)
  • 発表場所: Kona, Hawaii, USA
  • 年月日: 20131212-20131212
  • 招待講演
• [学会発表] Emergence of two types of terrestrial planet on solidification of magma ocean (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hamano, Yutaka Abe, Hidenori Genda
  • 学会等名: AGU fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 年月日: 20131210-20131210
  • 招待講演