38億年前の岩石に保存されたルテニウム同位体から地球の化学進化の過程を解明

世界最古の地質帯の上で

金沢大学理工研究域地球社会基盤学系の森下知晃教授を含む国際共同研究グループは,38億年程度前の原太古代の地質帯中に産する超苦鉄質岩中に含まれているルテニウム(Ru)(※1)同位体の正確な分析から,40億年前に地球から核(コア)が形成された後に揮発性成分に富む隕石が太陽系外縁部から大量に降り注ぎ,現在の海の元となる水を代表とする揮発性元素が付加されたことを立証しました。

地球は隕石が集積することによって成長した惑星であり,大気や海洋,生命を構成する元素である揮発性元素(※2)の起源を解明することは,生命の生存可能な惑星として地球が形成された条件を明らかにするための大きな手掛かりとなります。これまで,地球深部のコアが形成された後,41億年前~38億年に炭素質コンドライト(※3)に似た物質が大量に地球に降り注いで(隕石重爆撃期と呼ばれる),コンドライト中の揮発性物質が地球に付加されたとする説が提案されてきました。しかし,その降り注いだとされる炭素質コンドライトのRu同位体組成が,現在のマントルや既知の隕石群のRu同位体組成とは異なることと矛盾していました。

本研究グループは,グリーンランド南西部で得られた世界最古の地質帯(38億年前:原太古代)の超苦鉄質岩にRuが比較的多く含まれていることに着目し,高精度なRu同位体組成測定を行いました。その結果,この超苦鉄質岩には,現代のマントルと比べて相対的に多くの100Ruが含まれていることが明らかとなりました。これは,地球形成初期の超苦鉄質岩の起源物質(太古代のマントル)が,後期隕石重爆撃期より以前の化学的特徴を保持しており,さらに,地球のコアの形成後に揮発性成分に富む物質(隕石)が太陽系外縁部からもたらされたことを支持する結果となりました。

本研究成果により,地球の化学進化を理解する一助になることが期待されます。

本研究成果は,2020年3月11日(英国時間)に英国科学誌『Nature』に掲載されました。

本研究の一部は,金沢大学先魁プロジェクト2018のサポートを受けて行われました。

 

図1. 地球初期のマントル組成を保持していると考えられる岩石(写真中央の黒い石)

 

図2. 地球初期のマントルの特徴を保持している岩石の顕微鏡写真(緑色のスケールバーの長さ:1ミリメートル)
 

 

 

【用語解説】
※1 ルテニウム(Ru)
白金属元素と呼ばれている元素の一つであり,地表の岩石には超微量にしか含まれていないが,マントルには微量に含まれている。

※2 揮発性元素
水素(H),炭素(C),窒素(N),酸素(O)など,蒸気圧の高い元素で,生命必須元素。

※3 炭素質コンドライト
石質隕石のうち,化合物や有機物の形で炭素元素を含むもの。

 

Nature

研究者情報:森下 知晃

 

Pocket
LINEで送る