2014 Fiscal Year Annual Research Report
深層海水の環境復元に関する新規プロキシとしての宝石サンゴ骨格中微量元素の研究
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14J03797
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 健太郎 東京大学, 大気海洋研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 定量分析 / 高解像度分析 / 環境復元 / 標準物質作成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
沖縄近海で採取された宝石サンゴ(Corallium conojoi)の骨格中微量元素の2次元分布を明らかにした．宝石サンゴ骨格の成長軸に対して垂直に切断し，切断面の微量元素(マグネシウム，硫黄など)とカルシウムのカウント比(Mg/Ca, S/Caなど)をElectron Microprobe Analyzer(EPMA)で分析した．宝石サンゴ骨格の中心部でマグネシウムが高濃度，硫黄が低濃度だった．また，Mg/Caが低いリング状の層が中心部から縁辺部まで同心円状に複数観察された．S/Caも同心円状の分布を示したが，Mg/Caが低濃度の層でS/Caが高濃度だった．同じ試料の骨格表面の構造を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した．
ミッドウェイ近海から採取された宝石サンゴ(Corallium secundum)の骨格を成長軸に対して垂直に切断し，切断面の微量元素含量(Li/Ca, B/Ca, Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Caなど)をレーザーアブレーション誘導結合質量分析計(LA-ICP-MS)で測定した．Li/Ca, B/Ca，Sr/CaはMg/Caと正の相関を示したが，Ba/CaはMg/Caと負の相関を示した．
NanoSIMSを使って宝石サンゴ骨格中のハロゲン(フッ素，塩素など)を定量するため，フッ素と塩素の分布が均一な炭酸カルシウム標準試料を作成した．出発物質として高純度の炭酸カルシウムに少量のフッ化ナトリウム, 塩化ナトリウムを混合した．ピストンシリンダーを使って出発物質を高温高圧下(1000度, 1GPa)で24時間保持した後，室温まで急冷した．得られた炭酸カルシウム結晶のF/CaとCl/Ca(カウント比)をNanoSIMSで測定し，フッ素と塩素の均一性を評価した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度予定していたNanoSIMSを使った宝石サンゴの微量元素分析はマシンタイムの調整のため2015年5月に延期した．一方，EPMAとLA-ICP-MSを活用し，数十~数百 μmの解像度で宝石サンゴの微量元素分布を明らかにした．これまで造礁サンゴの微量元素(Li, B, Mg, Sr, Ba, Uなど)を使った研究例は比較的盛んに測定され，古環境復元への応用が検討されてきた．一方，宝石サンゴ骨格の微量元素を高解像度で分析した研究例はほとんどない．そのため，今年度得られた研究結果は先進的であり，宝石サンゴ骨格が海洋深層の環境を記録しているか評価する上で非常に重要なデータといえる．また，宝石サンゴが骨格を形成するメカニズム(バイオミネラリゼーション)を解明する上でも今回測定した骨格中の微量元素組成は重要な手がかりとなりうる．
また，NanoSIMSを使った炭酸塩試料中のハロゲン定量分析に向けて，標準試料の作成に成功した．今回作成した標準物質は宝石サンゴ以外にも多様な炭酸塩試料(シャコガイ，有孔虫,石筍など)にも応用できるため，汎用性が高く価値がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はNanoSIMSを使って宝石サンゴ骨格中の微量元素の組成を明らかにする．すでにEPMAとLA-ICP-MSで測定した微量元素の分布に基づき，骨格中のMg/Caの濃度変化が大きい区域や硫黄含量が大きい区域を見つけている．NanoSIMSを使った分析ではこれらの地球化学的に興味深い区域に分析対象を絞って，効率的に分析を行なうことが可能である．また，新規的なプロキシを開発するため先行研究ではあまり分析されていないB，F，Cl，Uなどの含量もNanoSIMSで分析する．特に塩素の定量分析では平成26年度に作成した標準試料を用いて，高精度の分析が可能となる．また，微量元素と骨格の構造に相関があるか評価するため，NanoSIMSで分析した試料はSEMで骨格の構造を確認する．
宝石サンゴ骨格中の微量元素組成を使った古環境復元が可能か評価するためには，生息していた緯度経度と水深が正確に分かっている試料も必要である．平成26年度に分析した試料は商業用に採取された試料で大まかな場所と水深しか判明していない．今後は，国内外の研究者と連携し，正確な緯度経度と水深が判明している宝石サンゴ試料を入手する．
天然試料の分析に加え，炭酸カルシウムを深層海水と似た環境(低水温，低pH，高無機溶存炭素)で合成する．合成した炭酸カルシウム中の微量元素を測定し，合成時の水温，pHなどと比較し，古環境復元に応用できそうな地球化学トレーサーを検索する．すでに試験的な合成実験には成功しており，今年度からスムーズに実験を開始できる．
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