【研究領域課題番号】20K14594 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メタン / 同位体 / ガスハイドレート / 非生物学的メタン / methane / clumped isotope / abiotic methane / Fischer-Tropsch / gas hydrate / serpentinization / Abiotic methane / Isotope / Clumped isotope / abiotic CH4 / stable isotope

【研究成果の概要】

メタンは主要な温室効果ガスであり、地球規模のメタン循環の解明は注目されている研究テーマの一つである。本研究では、天然メタン生成・消費経路の探索に利用可能な最先端のメタン二重置換同位体分析法を構築した。
(1) 日本海のガスハイドレート：海洋堆積物環境におけるメタン二重置換同位体効果の基本的なプロセスに注目し、メタンの起源と移動に関する基礎的な疑問に答える可能性を示した。
(2) 当研究室では、ガス状FTT型反応によって非生物学的メタンを合成した。非生物学的メタン化における同位体比変化を制御するメカニズムを議論した。さらにその結果を天然非生物メタン貯留層で観測される同位体パターンへ応用した。

【研究の社会的意義】

新しいメタン二重置換同位体分析法を適用することにより、地球規模のメタン循環や過去および将来の気候変動を制約するための有用性を実証した。また、実験室でのメタン生成実験成果は、地球や他の惑星における初期生命シグナルの探索に応用できる可能性がある。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2022-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究領域課題番号】18H04142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー分光 / 安定同位体 / 温度 / 同位体 / レアアイソトープ / 炭酸塩

【研究成果の概要】

地球環境の動態を理解する上で最も重要なパラメータである温度情報を定量的に得るために、炭酸塩の安定同位体比や微量元素比など多くの手法が提案されてきた。本課題では、クランプト・アイソトープ温度計の中で、温度依存性が高い13C18O16Oと温度依存性が低い13C17O16Oの吸収スペクトルの同時検出に成功した。レーザー分光による13C18O16Oの検討は本課題が初めてで、安定同位体分析の歴史が長いアリゾナ大学と連携しながら、質量分析法に代わる新手法を確立した。さらに、質量分析法では検討されたことのない「13C17O16O」について、一定のデータを取得し、本課題の基礎を築くことができた。

【研究の社会的意義】

学術的背景として、地球環境の動態を理解する上で重要なパラメータである温度を復元する代表的な指標である炭酸塩鉱物の安定同位体比の高精度化及び分析試料の微量化という課題が存在する。1950年代にEmilianiが炭酸塩による古水温推定法の道を切り開き、現在では炭酸塩のクランプト・アイソトープを巧みに利用した絶対温度計を手に入れたが、今尚その分析技術や計測結果の解釈には困難がつきまとっている。
本課題では、最先端のレーザー分光技術によるレア・アイソトープの検出法を駆使することで、これまでとは一線を画した炭酸塩の生成温度決定法を提案し、現状打破に一石を投じる定量的環境解析への新しい戦略を提示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】16K13912 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸素同位体比 / 生物起源炭酸塩 / 古環境指標 / 水温復元 / 二枚貝 / 安定同位体 / 水温 / 塩分 / 有機物酸素同位体比 / 古環境復元 / 古水温 / 古塩分 / 酸素同位体皮 / ムラサキイガイ / 同位体 / 有機物酸素同位体

【研究成果の概要】

貝殻やサンゴ骨格など生物がつくる炭酸カルシウムの骨格を分析することで過去の環境を復元することが可能である．炭酸カルシウムの「酸素同位体比」という指標は，形成時の水温を復元するための強力な指標としてこれまで用いられてきたが，最も重要な問題が塩分の影響を分離できないことであった．本研究では，炭酸カルシウム骨格に微量に含まれる有機物に着目し，そこに含まれる「酸素同位体比」や「炭素同位体比」に着目することで塩分の影響を分離する手法の開発を試みた．ムラサキイガイの殻に付着した有機物の皮の「炭素同位体比」の分析手法を確立し，指標としての有用性を評価した結果，河川流入量の良い指標となることを明らかにした．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】16K13911 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金属元素 / 気化 / 同位体分別 / 環境地球化学 / エアロゾル / 化学種 / 人為起源 / 安定同位体 / 同位体 / 鉄 / 同位体比

【研究成果の概要】

外洋域における生物一次生産の制限要因の一つとして溶存鉄(Fe)の不足が挙げられる。海洋表層へのFe供給源のうち、エアロゾル中の人為起源Feは自然起源Feよりも水への溶解度が高いと報告されているが、表層海水中の溶存鉄に対するそれらの寄与の程度は明らかでない。本研究では、エアロゾル中の人為起源鉄に着目して、生成プロセスや溶解性にも着目しながらδ56Feから海洋表層への寄与を評価することを目的とした。その結果、微小粒子ほど(水)酸化鉄の割合が高く、その同位体比は地殻物質に比べて非常に低い値を示すことが分かった。この結果は、δ56Fe が燃焼由来の人為起源鉄のトレーサーとして利用できることを示唆する。

【研究の社会的意義】

本研究では、気候変動にも影響を与える海洋の生物一次生産の支配因子であるエアロゾル中の溶解性鉄の濃度に、人為的な燃焼由来の鉄が影響を与えることを、微量な鉄安定同位体比の分析から明らかにした。特に発生源近傍での分析などからこの同位体分別を明確にしたことと、実際の北太平洋での観測から粒径が小さな成分で鉄安定同位体比が低かったことから、海洋エアロゾル中の人為起源の鉄の寄与を明確にした点が特筆される。また鉄安定同位体比と鉄の水溶解性には正の相関があり、人為燃焼起源鉄ほど海洋への溶解率が高いことが示唆された。そのため、絶対濃度は低くても、人為燃焼起源鉄の海洋一次生産への寄与は無視できないことが示唆された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】15H01729 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

氷期 / 鍾乳石 / 石筍 / 流体包有物 / 安定同位体比 / 気温変動 / アジアモンスーン / 古気候 / 安定同位体 / 気候変動 / 同位体 / 沖縄 / 第四紀 / 古気候学 / 最終氷期

【研究成果の概要】

分析手法は、乾燥・破砕・データ処理プロセスの自動化と改良等により簡略化することができた。また、予期していなかった前処理時の加熱による同位体再平衡の問題を発見し、この効果を定量的に見積もることで、今後の解析に重要な基礎的知見を得た。洞窟観測と石筍採取は、ほぼ計画通りに実施できた。気候復元に向けた分析は分析計の故障により遅れたものの、期待していた最終退氷期における連続的な流体包有物の同位体比データは取得することができた。また、降水の酸素17に関する新しい知見も得られた。沖縄の鍾乳石からは、最終氷期最盛期からベーリングアレレード温暖期にかけての温暖化を示す定量的な気温データを初めて得ることができた。

【研究の社会的意義】

気候変動のメカニズムを理解するためには、長期間のデータが必要である。陸域の気候変動の記録媒体として鍾乳石は重要だが、定量的な気候復元は困難であった。本研究では、鍾乳石に閉じ込められた流体包有物の同位体比に注目して、過去の気温変動の定量的な復元を目指した研究を実施した。分析手法の地道な改良と検証実験により流体包有物の同位体比がほとんど変質を受けずに過去の降水の情報を保存していることが分かった。この結果は今後の鍾乳石の流体包有物研究の基礎的な知見として意義がある。また、沖縄の鍾乳石からは、最終氷期最盛期から現在の間氷期にかけての温暖化が開始する際の定量的な気温データを初めて得ることができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】24654182 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

安定同位体 / 二重置換同位体組成 / clumped-isotope / サンゴ骨格 / 地球化学 / 同位体

【研究成果の概要】

東京工業大学のDelta XP安定同位体比質量分析計を用いた二酸化炭素の二重置換同位体組成の計測システムを確立した。小磁場型の質量分析計による計測は本研究が初めてであり、大磁場型とほぼ同等の精度を得ることにも成功した。
琉球列島与那国島沖で採取した、水温既知の環境下で生育したハマサンゴ骨格の二重置換同位体組成を2年分計測し、水温と非常に高い相関を持つことが明らかになった。
酸素分子の二重置換同位体組成を、C-13を含まないグラファイトと酸素分子を燃焼反応によって二酸化炭素へと変換し、この二酸化炭素を計測する方法を確立した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】20340146 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

太古代 / 堆積岩 / チャート / 縞状鉄鉱層 / 黒色頁岩 / 安定同位体 / 微量元素 / 同位体 / 微生物

【研究成果の概要】

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。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2011

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】13440167 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

宇宙線生成核種 / 中性子捕獲 / 隕石 / サマリウム / ガドリニウム / 希ガス / 安定同位体 / 中性子捕獲反応 / 宇宙線照射 / 同位体 / 宇宙線 / 宇宙線生成

【研究成果の概要】

本研究では(1)火星隕石12種,(2)オーブライト隕石12種,(3)Jilin(コンドライト)隕石8種,(4)月表土(A-16,A-17)試料15種,の試料を取り扱い,中性子捕獲反応によってそれら試料中に生じるSm, Gd,希ガスの同位体変動および^<10>Be,^<41>Caなどの宇宙線生成核種存在度から各試料が置かれていた宇宙環境を推定することを試みた。個々の結果をまとめると以下の通りである。
(1)火星隕石12種のうち6種から顕著な中性子捕獲の影響が検出され,さらにその中の4種については複雑な宇宙線照射履歴を示すことがわかった。火星表面において受けた宇宙線照射の可能性も考えられる。(2)オーブライト隕石の宇宙線照射環境は二つに大別されることがわかった。宇宙線照射年代に比例することなく高い被中性子フルエンスを示すオーブライトについては,その隕石母天体上での初期のレゴリス過程における宇宙線照射を反映していることが示唆される。(3)直径約1.5メートル大のJilin隕石試料から異なる深さごとに採取された8種の試料のうち4種から中性子捕獲効果が認められたが,その中性子フルエンスは低く,深さ位置による反応の違いは確認できなかった。(4)A-16,A-17両方のコアとも,その中性子フルエンスの深さプロファイルは二つの極大ピークを示すことから,これらのサイトは異なる二つのスラブの不完全な混合によって成っていると結論づけられる。アポロミッション時の試料はこれまでにも研究報告例はあるが,本研究のような詳細な研究例はなかったため,レゴリス生成過程に関して不明瞭であったことが本研究によって明らかにされた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】13,100千円 (直接経費: 13,100千円)