惑星や衛星の熱水環境がもたらすハビタビリティに関する研究

行星及卫星热液环境带来的宜居性研究

• 批准号: 19J22396
• 负责人: 野田 夏実
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J22396/
• 关键词: 初期火星; 粘土鉱物; 水熱反応; 地球化学; 水岩石反応; 熱水実験; STXM; 惑星科学; 火星; 地下水循環

前年度までに、大気酸素に敏感な還元型鉄粘土鉱物（二価鉄サポナイト）の合成、およびこれを用いた水熱実験の手法開発を行った。今年度は、まず二価鉄サポナイトの顕微化学分析を大気中の酸素の影響を及ぼさずに行う手法を実証し、また半日程度の大気暴露の分析結果への影響を評価する実験も行って、これらの内容を国際誌に論文発表した。また、水熱実験から炭酸ガスや硫化水素ガスの還元反応が示唆されていたことを受けて、反応の再現性やメカニズムを精査することを目的に体系的な実験を行った。具体的には、同位体ラベリングの手法を用いた有機物生成経路の判定を行い、検出された有機物は二酸化炭素の還元に由来するとは断定できない結論に至った。一方水素の生成反応は二価鉄サポナイトと硫化水素の両方が共存する場合において特異的にみられた。最大３カ月の反応時間の実験を１００通り以上実施し、ガス組成の定量分析・溶存イオン濃度・鉱物中の鉄化学種の走査型透過X線顕微鏡解析を行った。これらの結果の総合的な解釈から、二価鉄サポナイトが鉄供給源かつ還元剤として水素生成反応に直接的な寄与を持つことを示した。得られた定量的な結果をもとに、初期火星気候やハビタブル環境進化に対する、地下の二価鉄サポナイトとガス含有流体との反応の影響を推定した。火山由来の供給に匹敵する量の水素が地下の二価鉄サポナイトによる硫化水素還元でもたらされた可能性が示唆された。このことは初期火星の温暖気候の持続性や地下生命圏への生命利用可能エネルギー供給存否に対する重要性を意味する。

直到上一年，我们已经开发了使用降低的铁粘土矿物（二价铁酵母）的水热实验的方法，这些方法对大气氧敏感。今年，我们首先展示了一种对二价铁含氧石进行微化学分析的方法，而没有大气氧的影响，还进行了一项实验，以评估大气暴露对分析结果的影响，并在国际杂志中发表了这些细节。此外，为了响应于水热实验的二氧化碳和硫化氢气体的减少反应的建议，我们进行了系统的实验，目的是密切检查反应的可重复性和机制。具体而言，使用同位素标记技术确定有机材料生产途径，得出的结论是不能确定检测到的有机材料起源于二氧化碳的还原。另一方面，当二价铁皂石和硫化氢共存时，特异性观察到氢反应。进行了100多个实验，最多三个月的反应时间进行了反应时间，并对气体组成，溶解离子浓度和扫描传输X射线显微镜分析对矿物质中的铁化学物种进行了定量分析。对这些结果的综合解释表明，二价铁皂矿对氢生产反应作为铁源和还原剂有直接贡献。基于获得的定量结果，我们估计了地下二价铁含铁矿与含气体的液体对火星早期气候的反应和可居住环境的演变的影响。有人提出，氢本可以通过与火山供应的地下二价铁酵母降低。这意味着对早期火星温暖气候的可持续性以及对地下生物圈的生命能源供应的存在重要性。

项目成果

鉄サポナイトの合成と酸化・還元の可逆性

皂石铁的合成及氧化还原的可逆性

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐久間 博;森田 康暉;福士 圭介;高橋 嘉夫;野田 夏実;関根 康人;田村 堅志
• 通讯作者: 田村 堅志

二価鉄サポナイトの還元力がもたらす新しい水素供給過程: 実験室で復元した初期火星環境から迫るハビタビリティ

二价铁皂石还原力带来的新供氢过程：实验室重建的早期火星环境逼近宜居性

• 发表时间: 2022
• 作者: 野田 夏実;関根 康人;高橋 嘉夫;佐久間 博 ;福士圭介;河合 敬宏 ;中川 麻悠子;北台 紀夫 ;Kristin Johnson Finn;Shawn McGlynn
• 通讯作者: Shawn McGlynn

ハーバード大学(米国)

哈佛大学（美国）

二価鉄サポナイトからの水素分子生成：分子地球化学による初期火星環境への示唆

从二价铁皂石生产氢分子：通过分子地球化学对早期火星环境的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 野田 夏実;関根 康人;高橋 嘉夫;佐久間 博 ;河合 敬宏 ;中川 麻悠子;北台 紀夫 ;Kristin Johnson Finn & Shawn McGlynn
• 通讯作者: Kristin Johnson Finn & Shawn McGlynn

The role of ferrous saponite in the formation of sulfur-bearing organic matter，carbon cycles，and climate on early Mars

亚铁皂石在早期火星含硫有机物、碳循环和气候形成中的作用

• 发表时间: 2021
• 作者: Noda N.;Sekine Y.;Takahashi Y.;Sakuma H.;Kawai T.;Nakagawa M.;Kitadai N.;Johnson-Finn K. & McGlynn S.
• 通讯作者: Johnson-Finn K. & McGlynn S.