【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】22224011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学種解明 / XAFS / モリブデン / タングステン / セリウム異常 / 酸化還元状態 / セレン / ヒ素 / 分子地球化学 / X線吸収微細構造 / セリウム / 同位体比 / 吸着構造 / バライト / バクテリア / 希土類元素 / バイオマーカー / リン酸 / DNA / 生体必須元素 / 内圏錯体 / 外圏錯体 / 水酸化鉄 / マンガン酸化物

【研究成果の概要】

本研究では、XAFS法などにより固液界面での元素の局所構造を調べる（化学種解析）ことで、海洋での微量元素の固相への吸着反応に伴う元素の固液分配や同位体分別のメカニズム解明を解明し、それに基づいた精密な古海洋の酸化還元状態解析や海洋の酸化還元環境の変化に伴う元素の溶解度の変化などに関する研究を行った。その結果、Mo同位体比とW同位体比の複合的利用、Ce安定同位体比とCe異常の複合的利用、バライト中のセレンやヒ素の価数の比較などから、試料が生成した時の酸化還元状態をより定量的に推定できることを明らかにした。また固液界面への吸着構造とイオンの溶解性に明確な関係を見出し、その系統的理解を進めた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】70,850千円 (直接経費: 54,500千円、間接経費: 16,350千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】20540475 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微量元素 / 希土類元素 / 堆積過程 / 続成過程 / 化学状態 / 古環境 / 堆積物 / 堆積・続成過程 / 腐植物質 / 原油 / バクテリア / 化学状態決定 / 古環境指標 / マンガン酸化物 / 海洋環境 / 深海底堆積物 / チャート / Mn酸化物相 / リン酸塩相 / XANES法 / LA-ICP-MS

【研究成果の概要】

堆積岩の地球化学的特徴は、地球表層環境の変遷を記録している。本研究では、希土類元素(REE)をはじめとする微量元素について、堆積物への取込みメカニズムと堆積後の反応を原子・分子のミクロな観点から解明した。海洋性堆積物において、堆積時にマンガン酸化物相に取り込まれたREEは続成作用によりリン酸塩相に移動するものの、堆積物全体としてのREEパターンはほぼ変化していないことを初めて明らかにした。この結果は、海洋性堆積物に対してREEパターンは古環境を推定する有効な地球化学的指標であることを示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】19340168 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バクテリア / 希土類元素 / 吸着 / 細胞壁 / バイオフィルム / リン酸基 / カルボキシル基 / 広域X線吸収微細構造 / 希士類元素 / 水酸化鉄 / 縞状鉄鉱床

【研究成果の概要】

様々なバクテリア細胞表面への吸着のREE分配パターンには特異な重希土類(HREE)の濃集がみられ、これはEXAFS法によりは多座のリン酸サイトとの錯生成によることが明らかになった。また(リン酸サイト)/(カルボキシル基)比はpHと共に減少し、[REE]/[バクテリア]比の増大と共にカルボキシル基の寄与が増加した。HREEの濃集は天然のバイオフィルムやバクテリア由来の水酸化鉄にも見られると共に、同様の特徴が先カンブリア時代の縞状鉄鉱床(BIF)にも見られ、REEパターンがバクテリア活動の指標となることが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15740320 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

希土類元素 / バクテリア / 腐植物質 / 希土類元素パターン / 水圏 / 錯体 / 吸着 / 懸濁物質

【研究成果の概要】

希土類元素の環境中での挙動に影響を与える因子のうち、主にバクテリアや腐植物質との相互作用に関して研究を進めた.主な成果を以下にまとめる.
(1)B.subtilisやE.coliなどのバクテリアの細胞表面への希土類元素の吸着を調べた.その結果、相対的に重希土類元素側でバクテリア相への著しい濃縮が見られた.この特異なパターンは、バクテリア細胞表面の希土類元素の吸着サイトとしてリン酸基とカルボキシル基を考慮しすることで合理的に説明できることを示した.またEXAFSを用いて、NdおよびYbの吸着サイトとしてカルボキシル基およびリン酸基がそれぞれ重要であることを示した.このような分配パターンが、広大構内ぶどう池の鉄酸化細菌などを含むバイオフィルム試料と水の間の希土類元素の分配にも見られることを示した.またこのバイオフィルムが生成したと考えられる水酸化鉄の沈殿物と同じ水から無機的に生成させた沈殿物の比も同様な重希土に顕著な増加傾向を示すパターンを示した.こうした特徴を持つ希土類元素パターンは、縞状鉄鉱層などの試料にも見られており、我々の希土類元素に関する結果から、このような縞状鉄鉱層は微生物活動によって生じたと解釈することができる.
(2)腐植物質と(Pmを除く)全希土類元素の錯生成定数を溶媒抽出法により決定した.得られた結果を希土類元素の原子番号中に並べたパターンを、様々な配位子と希土類元素の錯生成定数の希土類元素パターンと比較したところ、希土類元素と酢酸の1:2錯体と類似していることが分かり、このようなカルボキシル基との錯生成が腐植物質中の希土類元素の錯生成サイトとして重要であることを示している.また粘土鉱物への希土類元素の分配パターンに及ぼす腐植物質の影響を調べた.その結果、中性付近(5.5<pH<6.5)のpH範囲で重希土へ向かって増加する希土類元素の固液分配パターンが、腐植物質の存在によってほぼ水平となった.また希土類元素の分配比は、腐植物質の分配比と近い値となり、腐植物質の錯体として固液間で希土類元素が分配されることを示している.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,700千円 (直接経費: 3,700千円)

【研究分野】地質学

【研究領域課題番号】12573008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

炭素同位体 / ストロンチウム同位体 / ドロマイト / イラン / 中国 / 先カンブリア系 / デボン系 / オルドビス系 / 先カンブリア・カンブリア境界 / テンペスタイト / シークエンス層序学 / 氷河性堆積物 / バライト / 中国南部 / 炭酸塩岩 / 炭素同位体組成 / オルドビス紀 / シルル紀境界 / グラプトライト化石 / オルドビス / シルル系境界 / 氷期 / ガスハイドレート / 希土類元素 / 原生界 / 先カンブリア時代 / バクテリア / 扁平礫レキ岩 / シルル紀

【研究成果の概要】

前期古生代を対象として研究を始めたが、地球環境の変遷という視点からは先カンブリア時代後期からの移行も重要と判断し本研究に含めた。研究手法としては、1.イランおよび中国のいわゆる古テチスと呼ばれる地層を対象とした現地調査と分析試料の採取、2.薄片観察を中心とする試料の観察、3.炭酸塩および泥岩試料の化学分析、同位体組成分析による堆積環境の推定と生物の絶滅イベントの抽出、などを含む。調査地域と研究内容は多岐にわたり、全体の総合化と評価作業は現在も進行中であるが、個別研究についての要点は以下の通り。
1.先カンブリア時代末期の環境と進化について:中国南部の先カンブリア時代末期の堆積岩中に典型的な氷河性堆積物(DAIMICTITEマリノアン氷期)が発達、これを厚さ約4mのドロマイト層が直接覆う。ドロマイト層は全球凍結直後の炭酸塩(CAP CARBONATE)とされる。ドロマイト層全層の観察と分析から、この炭酸塩はメタンの影響による強い還元環境下、初生的ドロマイトからなるペロイドが深海に堆積して出来たものであることが分かった。炭酸塩堆積物と炭素およびストロンチウム同位体組成の変動関係から、ドロマイトの上位50mの炭酸塩中に氷期を示唆する同位体異状を見いだした。2回の氷期に挟まれる時代は黒色頁岩が卓越、頁岩中のチャートノジュール中には菌糸様構造など微生物組織が豊富に保存されていることが確認された。
2.中国およびイランで、デボン紀末期およびオルドビス紀-シルル紀境界の生物の大量絶滅と環境変動について調査を進めた。前者では従来の隕石衝突説を検証する一方、粘土鉱物組成や有機物量の変化、同位体変動から、温暖化に伴うガスハイドレートの分解が変動要因として重要であることが指摘される。後者については、今回新たな境界露頭を発見し黒色頁岩境界中に温暖化を示唆する炭酸塩が発達することを確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2003

【配分額】15,300千円 (直接経費: 15,300千円)