火星表層の環境変動において岩石－水－大気相互作用が与える影響の研究

岩石-水-大气相互作用对火星表面环境变化的影响研究

基本信息

批准号：
17J02704
负责人：
田畑陽久
金额：
$ 1.79万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、これまで個別論的に考えられてきた大気―水―岩石間の相互作用を統合することにより、火星が経験した環境変動過程を解明すること目的とした。今から約35億年前を境に火星の表層環境は、還元的で地表に液体の水を湛える環境から、酸化的で寒冷かつ乾燥した姿へと大きな環境変動を経験したことが近年の探査によって明らかになってきた。しかし、その変動の過程は未だ明らかになっていない。惑星が地表に水を有する環境から乾燥化する過程とメカニズムを理解することは、地球の環境変動や系外惑星における生命存在可能性を議論する上でも重要である。本研究では始めに、火星の水環境のpHの低下（酸性化）に着目した。先行研究では酸性化は、表層水に含まれる溶存二価鉄が太陽光によって酸化される反応（光酸化反応）で説明可能とされていた。しかし、計算に用いられていた光酸化反応の反応速度定数は、酸性条件における測定値を中性まで外挿して用いているという問題があった。また、35億年前の火星において酸性化をトリガーしたメカニズムが何であったかも分かっていなかった。そこで、光酸化反応について幅広いpH条件において室内実験を行い、反応速度のpH依存性を定式化することに成功した。また、反応に用いる光のスペクトルを変化させた実験を行うことで、酸性化が太陽光スペクトルの変化でトリガーされ得ることを実験的に示した。これらの結果から、35億年前に火星が経験した表層環境変動を説明し得る仮説を提唱した。酸性化と並行して火星が経験した酸化鉄鉱物の生成（酸化）についても研究を行った。かつて火星表層に存在した水の内、水素は宇宙に散逸したと考えられるが酸素の行方は未だに明らかになっていない。そこで、これまで見過ごされてきた大気中のラジカルとダスト間の化学反応に着目した。その結果、この反応が大気散逸を上回る酸素消費フラックスになり得ることを見出した。

这项研究旨在通过整合已经单独考虑的大气 - 水岩相互作用来阐明火星所经历的环境波动过程。最近的探索表明，大约35亿年前，火星的表面环境从还原性的环境中经历了重大的环境变化，并在表面上液态水到氧化，冷和干燥的外观。但是，这种变化的过程尚未得到揭示。了解从表面上含水环境的通气的过程和机制对于讨论地球环境的变化以及系外行星的生命可能性也很重要。首先，这项研究的重点是火星水环境的下降（酸化）。先前的研究表明，酸化可以通过反应（光氧化反应）来解释，在这种反应（光氧化反应）中，地表水中溶解的二价铁被阳光氧化。但是，计算中使用的光氧化反应的反应速率常数已通过推断在中性的酸性条件下的测量值来使用。也未知在35亿年前引发酸化的机制。因此，我们通过在多种pH条件下进行光氧化反应，成功地通过进行实验室实验来成功提出了反应速率的pH依赖性。此外，在实验上证明了改变反应中使用的光谱的实验，可以通过太阳光谱的变化触发酸化。这些结果提出了一个假设，可以解释35亿年前火星经历的表面环境波动。我们还研究了火星与酸化并行经历的氧化铁矿物的形成（氧化）。据信，在火星表面上存在的水中，氢已被散布到宇宙中，但是氧气的结果仍然未知。因此，我们专注于被忽略的大气中的自由基和灰尘之间的化学反应。结果，发现这种反应可能是超过大气分散的氧气消耗通量。