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研究

研究概要

我々の研究室では、地球を一つのシステムとしてとらえ、 同位体地球化学の側面から物質循環や地球環境の変遷を理解するため日々研究を行っています。 その一部をご紹介します。


1. 大気進化の解明

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地球には大気があります。この大気は、いつ、どのようにしてできたのでしょうか? この普遍的な問題に取り組むため、我々はヘリウム同位体トレーサーを用いて検証しています。
ヘリウムは、化学的に不活性で、沈み込み帯でほとんどリサイクルしないことが知られています。 また、始原的な3Heと放射壊変から生成する4Heの2つの同位体を持つことから、 様々な元素と3Heの比をとることでマントルからの脱ガスモデルを推定することが可能です。

出展:Resing et al. (2011) Nature Geosciences


2. 海洋の深層水循環の解明

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He同位体は、大気進化だけでなく、海洋の深層水循環を解明するためにも用いることができます。 それは、Heが不活性で、マントルと大気とで大きく異なる同位体組成を持つこと、 水の中で拡散しないなどの特性を示すためです。
海水のモニタリングや海底堆積物の採集のため、白鳳丸や淡青丸などの研究船に乗船することもあります。


3. 軽元素のグローバルな物質循環

炭素や硫黄といった軽元素がマントルを含めたグローバルなスケールでどのように循環しているかを調べています。

参考: Ooki et al. (2016)
    Kagoshima et al. (2015)


4. 火山活動・地震活動の地球化学観測

火山噴火を調べるには、地震計や歪み計といった地球物理的観測が主であり、 火山ガスの化学分析など地球化学的な調査はあまり行われていません。 火山のマグマには特異的なヘリウムが含まれ、火山ガスや地下水などのヘリウムを調べることで、 火山噴火のメカニズムを調べています。 特に海面下にある海底火山は目に見えないため、火山周辺の海水の化学成分を調べることが重要です。

参考: Kagoshima et al. (2016):御嶽山
    Sano et al. (2015):御嶽山
    Roulleau et al. (2015):北海道火山
    Roulleau et al. (2013):姶良カルデラ


また、地震の観測も地震計による地球物理的観測が主であり、 地下水の化学分析など地球化学的な調査はあまり行われていません。 地震に関連した化学組成の変化を調べることで、地震発生のメカニズムを調べています。

参考: Sano et al. (2014):東北地方太平洋沖地震


5. 炭酸塩の殻を用いた古海洋環境復元

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サンゴや有孔虫、二枚貝などの生物が作る炭酸カルシウムの硬組織(殻や骨格など)は、有望な古環境記録媒体です。 それは、炭酸カルシウムを構成する炭酸イオンや金属元素が海水から取り込まれているから。
Nano SIMSを用いた高解像度微量元素分析では、シャコガイに刻まれる日単位の変動史を復元することが可能です。 [more]


6. 惑星の形成と進化

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私たちの太陽系は、どのようにして形成され、地球や火星などの惑星は、どのような環境進化をたどってきたのでしょう?
隕石には、太古の太陽系の進化史や、母天体(小惑星、火星、月など)での環境変動が記録されています。 隕石が持つ地球化学的情報・同位体情報を紐解くことで、太陽系諸天体の形成・進化史の解明に迫ります。
我々の研究室では、Nano SIMSによる微小領域の高精度分析を用いて、 火星や小惑星の環境進化史を調べています。

参考: Koike et al. (2014, 2016): 火星隕石

Image credit:Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA



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