原始火星における水-岩石反応に伴う水素の生成量とその同位体比

原始火星水岩反应相关的产氢量及其同位素比

基本信息

批准号：
22K14138
负责人：
上田修裕
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Gakushuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14138/
关键词：
初期火星水-岩石反応水素生成

项目摘要

原始火星には水が存在し、高温の熱水と岩石の反応が起きたとされる。火星表層の岩石や鉱物（かんらん石）の組成が地球の組成と異なるため、その熱水は地球の熱水以上に水素に富んだ可能性がある。水素は生命の代謝に関わる重要な元素であることに加え、昔の火星表層環境にも影響を与えていた可能性がある。しかし、火星表層の水-岩石反応でどの程度水素が供給され、影響を与えたのかは不明な点が多い。そこで本研究の目的は、原始火星熱水系を想定したかんらん石を用いた室内実験を行い、水-岩石反応に由来する熱水組成（特に水素濃度）を明らかにする。今年度では、火星もしくは他天体に存在するような組成のかんらん石がどの程度水素発生するポテンシャルがあるかを実験的に調べるものである。地球上に多く存在するFo90のかんらん石と比較して、よりFeに富むかんらん石が他天体では存在した可能性が示唆されており、今回は原始火星を模した実験を行った。実験で使用するかんらん石の入手に関して、人工合成や地球上に存在する天然鉱物を使用する方法を検討した。Fo90のかんらん石以外の入手は比較的困難で、火星表層でも観測される組成で入手できたFo70のかんらん石ものを使用した。まず、かんらん石の入手及び鉱物記載などを実施した。その後、Fo70程度のかんらん石を使用して、水岩石反応実験を開始した。水岩石反応には非常に長い期間を要する（数か月～１年）。その溶液のサンプリングを定期的に実施し、得られた溶液の分析を行った。水素濃度に関しては、熱力学的な予想とも大きく違わない結果が得られた。300度温度条件下では、現在のところ、Fo70のかんらん石はFo90程度のものよりも高い水素濃度の溶液が生成している。今後、引き続き実験のサンプリング及びほかのかんらん石の組成での実験を実施予定である。

早期火星上就存在水，人们认为高温热水与岩石之间发生了反应。由于火星表层岩石和矿物（橄榄石）的成分与地球不同，其热水可能比地球热水富含氢。氢除了是参与生命新陈代谢的重要元素之外，过去还可能影响过火星的表面环境。然而，关于火星表面水-岩石反应提供氢的程度及其产生的影响，还有许多未知数。因此，本研究的目的是利用橄榄石进行实验室实验，假设一个原始的火星热液系统，并澄清水-岩石反应产生的热液成分（特别是氢浓度）。今年，我们将通过实验研究与火星或其他天体上发现的成分相似的橄榄石在多大程度上具有产生氢气的潜力。与地球上丰富的Fo90橄榄石相比，有人认为富含Fe的橄榄石可能存在于其他天体上，而这次我们进行了模拟原始火星的实验。关于获得用于实验的橄榄石，我们考虑了使用人工合成和地球上存在的天然矿物的方法。获得 Fo90 橄榄石以外的任何东西都相对困难，因此我们使用了 Fo70 橄榄石，它的成分也可以在火星表面观察到。首先，我们获得了橄榄石并记录了矿物学。此后，利用Fo70左右的橄榄石开始了水岩反应实验。水岩反应需要很长的时间（几个月到一年）。定期对溶液进行取样，并对所得溶液进行分析。关于氢浓度，获得的结果与热力学预测没有显着差异。目前，在300度的温度条件下，Fo70橄榄石可产生比Fo90更高的氢浓度的溶液。未来，我们计划继续取样实验并用其他橄榄石成分进行实验。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

初期火星熱水系で起きる水-岩石反応により発生する熱水の化学組成

早期火星热液系统中水-岩反应产生的热水的化学成分

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
上田修裕;渋谷岳造;松井洋平
通讯作者：
松井洋平

The origin of methane in serpentinite-hosted hyperalkaline hot spring at Hakuba Happo, Japan: Radiocarbon, methane isotopologue and noble gas isotope approaches

DOI：
10.1016/j.epsl.2022.117510
发表时间：
2022-05
期刊：
Earth and Planetary Science Letters
影响因子：
5.3
作者：
K. Suda;T. Aze;Y. Miyairi;Y. Yokoyama;Y. Matsui;Hisahiro Ueda;T. Saito;Tomohiko Sato;Y. Sawaki;R. Nakai;H. Tamaki;H. Takahashi;N. Morikawa;S. Ono
通讯作者：
K. Suda;T. Aze;Y. Miyairi;Y. Yokoyama;Y. Matsui;Hisahiro Ueda;T. Saito;Tomohiko Sato;Y. Sawaki;R. Nakai;H. Tamaki;H. Takahashi;N. Morikawa;S. Ono

Experimental study on hydrogen generation thorough water-rock reactionsin hydrothermal systems in the early Mars

早期火星热液系统水岩反应制氢实验研究