国名：日本国

researchmap

国名：日本国

researchmap

国名：アメリカ合衆国

researchmap

国名：日本国

researchmap

researchmap

researchmap

配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）

researchmap

配分額：20800000円 （ 直接経費：16000000円 、 間接経費：4800000円 ）

本研究は、太陽系氷衛星の地下海の化学や生命可能性に、探査の機会を利用して実証的に迫ることを目的とする。氷天体の化学や生命可能性に関して、特に重要視されるのが木星氷衛星エウロパである。エウロパには、エウロパ・クリッパー探査機が打ち上げられ、2030年初頭に本格探査を行う。この国際探査において、日本が得意とする海洋の地球化学や生命圏科学を宇宙に展開し、海洋化学の比較論を行う。海洋化学の比較論は、生命の比較論に発展する可能性を秘め、地球の海洋や生命の見方も変えうる。本国際共同研究を利用して、氷衛星の海洋化学の中核に日本グループがなる。
初年度には、エウロパの表面での物質進化ならびに物質輸送をモデル化し、探査機データが得られる前段階での理論予測を行った。特に、エウロパ表面に偏って分布する二酸化炭素に関して、現在得られている望遠鏡観測データとモデルとの比較を行い、モデルの妥当性を確かめると共に、現在の観測を説明するためには、活発な内部から表面へのガス・物質供給が現在も起きていることを示唆した。
また、エウロパ探査におけるデータ解析の準備として、カッシーニ探査機が取得したデータの再解析と室内実験との比較を行った。その結果、土星衛星エンセラダス地下海からの放出物のなかにエステルやエーテルなど新規の生命関連有機分子を発見し、さらに、それらが熱水環境で生成された可能性を国際共同研究によって示した。また、エンセラダス地下海から能出される塩物質（塩化物、炭酸塩、水酸化塩）の多様性を説明するモデルを、国際共同で提示し、日本グループはそれを実証する凍結実験を行い、論文としてまとめている。

researchmap

配分額：6500000円 （ 直接経費：5000000円 、 間接経費：1500000円 ）

古地形研究では、古地磁気記録を基にMarinoanおよびSturtianの全球凍結期（約7.2億年前ー6.35億年前）の海洋大陸配置を数値的に再現した。加えて、プレートモデルとマントルダイナミクスモデルを用いて海底・大陸地形の起伏を定量的に表現し、各時代の海洋底年代と地殻熱流量の分布を構築した。今後は、再現古地形と現代地形の水深・標高差や水深分布の妥当性、空気・海水・氷床の荷重の取り扱い、地殻熱流量の総量変動を詳細に検討する。
高解像度全球雲解像研究では、富岳を活用した若手課題として世界最高解像度の気候数値実験を実施し、低太陽光度下の全球凍結状態の気候場を初期的に示した。今後はさらに詳細な気候解析を進める。
大気海洋結合モデルの研究では、現代海陸分布を基に複数の恒星放射フラックス条件で数千年の長期積分を行い、全球凍結突入条件と突入後の海洋深層循環の変遷を検討した論文を投稿し、現在改訂中である。過剰な海面水蒸気沈着は地表境界層の拡散係数が原因であることを示し、感度実験により気候場への影響も明らかにした。査読指摘を踏まえ、大気風応力が海氷・海洋に伝わらない設定の追加実験を進め、古地形を適用した全球凍結実験も継続する。
また、氷床下の水-岩石反応モデリングを行い、反応支配変数の検討と全球凍結期の大陸風化によるCO2消費量の予備計算を実施した。今後は水-岩石反応と気候のモデルを結合し、全球凍結遷移時の物質循環変化、特にCO2消費と栄養塩の海洋供給への影響を明らかにする。
海洋生態系モデルでは、低次栄養段階モデル開発を継続し、現代気候下での生態系再現を実施した。今後はMIROCの全球凍結遷移時海洋物理場を用いた低次栄養段階生態系に関する実験を推進する。
さらに、全球凍結に関する国際研究集会「EPPC Workshop 2024」を開催し、多角的な極限古環境の議論を進めた。

researchmap

配分額：46670000円 （ 直接経費：35900000円 、 間接経費：10770000円 ）

太陽系氷天体は、地下にある液体の海の存在から、生命存在可能性の高い天体として注目を集める。これら氷天体のうち、これまで海洋の化学・環境に迫ることができたのは、海水が宇宙に噴出するたった一つの天体であった。ところが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって、海洋化学に関する観測データが、木星系から海王星系までで得られようとしている。本研究は、「A. 化学実験と流体計算に基づき海洋組成やその空間分布を予測する氷天体海洋モデル」と、「B.化学実験と複雑系理論に基づく有機化学進化ネットワークモデル」を構築し、観測データを解釈する。
「A.氷天体海洋モデル」については、氷天体表面での二酸化炭素の低温極域への輸送を定量モデル化し、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で観測される表面二酸化炭素分布を説明するには、非常に最近に二酸化炭素が現在観測される地域に内部から供給される必要があることを突き止めた。また、地下海での生命必須金属イオン濃度を熱水実験と熱力学モデルから明らかにし、これら金属イオン濃度は地球と比べても非常に低く、生命活動自体を律速している可能性を示唆した。このように、モデル化する上での、鍵となるいくつかの化学反応過程を突き止めることができた。
「B.有機化学進化」については、土星衛星エンセラダスのプルーム内の有機分子を再解析し、特に噴出直後のプルーム粒子からエステルやエーテルなど、生体関連分子が存在していることを示した。また、その存在を説明するため、エンセラダス環境を模擬した熱水合成実験を行い、実験と観測の対比を行った。このように有機化学進化を考える上で、天体内部の化学勾配が重要であるという知見を得ることができた。

researchmap

配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）

本研究の目的は、全球凍結イベントに関連して生じるホウ素同位体比変動のメカニズムを明らかにすることである。従来、ホウ素同位体比は海洋のpH変動の指標として用いられており、原生代後期のマリノアン全球凍結で観測されているホウ素同位体比の負異常も、この文脈に則って解釈されていた。しかし、全球凍結イベントにおいて、ホウ素同位体比から想定されるようなpH変動がおきるかどうかについては疑義が呈されており、観測されるホウ素同位体比がどのような環境変動を示すのか、明らかではなかった。本研究では、ホウ素の循環モデルを用いて理論的な研究を行うことで、全球凍結イベントに関連して起こる大陸風化率の変動がホウ素同位体比の負異常を引き起こすことを明らかにした。本研究において明らかになったメカニズムは、一般的な全球凍結イベント仮説とも調和的であり、より現実的な解釈をホウ素同位体比データに与える。また、マリノアン全球凍結における負の異常とは異なり、同時代に発生したスターチアン全球凍結ではホウ素同位体比がほぼ一定であったことが観測されている。本研究の結果に基づくと、こうした違いが氷床下での岩石風化の違いによって生じたのではないかということが示唆される。

researchmap

researchmap

researchmap