2022年 日本地球化学会ショートコースは下記のスケジュールで開催されます。
Zoomの招待URLは前日(7/30)にメールでお知らせいたします。
13:00- 13:10. 開会の挨拶. 概要説明
13:10- 14:00. 羽場先生ご講演
14:00- 14:50. 角野先生ご講演
14:50- 15:00. 休憩
15:00- 15:50. 桑谷先生ご講演
15:50- 16:40. ジェンキンズ先生ご講演
16:40- 17:00. 閉会の挨拶. 交流会の説明
17:00- 17:30. 交流会
17:30~ 懇親会
隕石の高精度年代分析が解き明かす小惑星ベスタでの大規模衝突
石鉄隕石メソシデライトは分化天体の金属核と地殻物質から構成される隕石であり，O，Cr，Ti同位体組成がベスタ起源隕石であるHED隕石と完全に一致することから，小惑星ベスタ（直径約500 km）に由来すると考えられる．しかし，メソシデライト隕石はマントル物質をほとんど含まないため，メソシデライトを形成した地殻物質とコア物質の混合のメカニズムは長らく不明であった．講演者はメソシデライト隕石にわずかに含まれる微小鉱物ジルコンの高精度U-Pb年代分析を行い，メソシデライト隕石群が今から45.25億年前の大規模衝突によって形成されたことを明らかにした．
メソシデライト隕石群の形成年代が高精度に求まったことで衝突時の母天体の様子がよりクリアに見えてきた．これまでの研究から，メソシデライトの金属コア物質は混合当時，ほぼ溶融状態にあったことが示されている（Hassanzadeh et al., 1990）．分化天体の熱進化モデルに基づくと，45.25億年前にほぼ溶融状態の金属コアを保持するには直径500 km以上の天体が必要である（Neumann et al., 2014）．もしメソシデライトのコア物質が地殻物質の母天体とは異なる天体からもたらされたとすると，メソシデライトの母天体であるベスタは直径500 km以上の天体と衝突したことになり，大きく崩壊してしまう．また，メソシデライトの金属部分はあらゆる隕石の中で最もゆっくりとした冷却を経験しており，衝突によって母天体が大きく崩壊することはなかったことを示している（Yang et al., 2007）．そこで本講演者の研究チームは小惑星ベスタを舞台とした大規模衝突モデルを提唱した．このモデルでは，45.25億年前のベスタに別の小惑星（1/10ベスタ質量）を斜めに衝突させることで，衝突サイドから地殻物質，マントル物質，一部の溶融状態の金属コアが宇宙空間に飛び出す．宇宙空間に放出された衝突破砕物の大部分は反対側に分厚く降り積もる．メソシデライトは，衝突破砕物中の金属コア物質と衝突の反対側に存在していた地殻物質が混合を起こすことによって形成されたと考えられる（Haba et al., 2019）．
本講演では，上記の研究を行ったETH Zurichでの海外学振生活の紹介も交えながら発表を行う予定である．
高感度希ガス質量分析を利用した極微量ハロゲン分析：
新しい研究手法を自分のものにするには
自分は幸運にも大学院に入ってすぐ、一台の希ガス質量分析計を好きに改造する自由を得た。初めはうまくいかなかったが、博士課程に進学したころに希ガス質量分析の第一人者の長尾敬介先生が東大に異動してこられたことが、大きな助けとなった。職を得てからも同じ装置を改良し続けてきた。その動機は「希ガスが測れれば面白そうな試料があるのに、感度が足りずにデータが出せないという目に遭いたくない」であった。その根底には、修士課程の頃、２回に１回は試料の希ガス量が検出下限に届かずデータが出ない上に、１試料の測定に２日かかるため、指導教員の故・野津憲治先生に毎朝「昨日は新しいデータ出た？（笑）」と訊かれ「出ません！（怒）」と答えていた「（怒）」がある。幸いにも職を得てすぐに科研費も取れたので独自のイオン源を開発し（それにも3年かかったが）、今日まで安定して使い続けられている。これにより岩石・鉱物、火山ガス、地下水など固体・液体・気体の試料を問わず、全希ガス元素の同位体比を測ることが可能となり、海外でも同様のことができるラボは珍しいため、国内外での共同研究の幅も大きく広がり、現在に至っている。
自分ならではの手法を持っていると、他人の論文や発表を見て、面白いことができそうなので試してみよう、と思える場面は格段に多くなる。また、新しい手法を取り入れる上でのハードルも大幅に下がる。自分が英マンチェスター大に留学した当初の目的は、最新の質量分析計を使って、マントル由来の鉱物の希ガス同位体比を高精度で求めることだった。しかし留学してみると、その質量分析計は開発中に判明した不具合のため納品未定とのことだった。これでは何のための留学かと焦り始めた矢先、留学先に、希ガス質量分析を利用してハロゲンを高感度に検出する手法の開発者がいることが分かった。日本から持ち込んでいたかんらん岩のハロゲンをこの手法で測れば、マントルに沈み込む水の起源を制約できるかもと考え、残りの留学期間をこの研究に費やした。この手法では複数の希ガス元素の同位体比測定が鍵だが、自分はそれを得意としていたために、帰国後に日本でこの手法を実用化することは容易だった。こうして、揮発性成分の起源のよいトレーサーとなる希ガスとハロゲンの超高感度分析を、沈み込み帯である日本の地の利を活かして、多様なかんらん岩・変成岩試料について行うスタイルが確立し、現在の研究の大きな柱となっている。
将来の武器となる手法を学ぶために留学する若い人は多いと思うが、本来は学位を取る過程で、それを一つは身に付けているはずである。軸となる手法があれば、海外であれ国内であれ、他の研究室で新しい手法を身に付け、自分にしかできない形で発展させることがより容易になる。学生やポスドクの方には、ただ論文を書いて業績を稼ぐだけではなく、自分の得意技が何か、訊かれて答えられるようになることを意識して学ぶことをぜひ勧めたい。
地球化学とデータサイエンス
地球化学とは、岩石などの地球物質試料を分析して得られる「地球化学データという結果」から、地球の構造や現象・プロセス（素過程・メカニズム）などの「データ生成に至るまでの原因」を明らかにする学問といえる。これは、地球化学の数理的本質が、結果・出力から原因・入力を逆方向に推定する「逆問題」であることを示している。地球化学の逆問題は、知りたい構造・プロセスが多様かつ複雑に重畳されていることに加え、我々の取得できるデータや物理化学システムの情報が不十分であることに由来し、その解決は困難であることが多い。
近年、産業界や学術界のみならず日常生活を含むあらゆる場面で、機械学習や人工知能などと呼ばれる先進的な数理・情報科学的手法が活用され始めており、我々は知らぬ間にその恩恵を享受している。これらの手法群はデータサイエンス的手法などとも総称され、データから最大限の情報抽出を行うことで、難解な逆問題の解決を可能にするものである。
講演者は、これまで、数理・情報科学者や多様な分野の地球科学者と連携することで、データサイエンス的手法の活用により、様々な研究課題の解決に取り組んできた。例えば、多元素組成データを対象にしたものでは、津波堆積物やテクトニクス場の高精度な地球化学判別を試みた研究[1,2]や、変成岩の被った複数のプロセスの分離・抽出を行った研究[3,4]などがある。また、元素イメージングデータを対象にしたものでは、LA-ICP-MSの超解像を実現した研究[5]や、数値シミュレーションを活用して岩石の温度圧力履歴を復元する方法論を開発した研究[6]などがある。
本講演では、異分野連携の重要性を強調しながら、上記のような具体的研究例を紹介するとともに、データサイエンスが今後の地球化学に果たすべき役割などについて議論する予定である。
[1] Kuwatani et al., 2014, Sci. Rep., 4: 7077. [2] Ueki et al., 2018, Geochem. Geophys. Geosys., 19, 1327-1347. [3] Yoshida et al., 2018, J. Metamorph. Geol., 36, 41-54. [4] Kuwatani et al., 2020, Chem. Geol., 532: 119345. [5] Aonishi et al., 2018, J. Anal. Atom. Spectrom., 33, 2210-2218. [6] Kuwatani et al., 2018, Phys. Rev. E, 98: 043311.
竜骨群集と鯨骨群集の世界：海棲脊椎動物遺骸に形成される生物群集
私は古生物学者／地球生物学者として，深海底の熱水や湧水などに成立する極限環境生命圏の進化を化石と現生の両方を扱いながら研究している．
最近では，鯨類などの巨大な海棲脊椎動物の遺骸に形成される「鯨骨群集」の研究を本格化させており，これが本講演の主題である．
鯨骨群集というと，海底に落下した鯨類遺骸を喰い漁るサメやヌタウナギなどをイメージするかも知れないが，これらの移動性腐肉食者が卓越する段階は，遺骸分解ステージのごく初期に過ぎない．その後，「骨」に依存した生物群集が数年から数十年にわたって繁栄する．微生物だけでなく，貝類やゴカイ類が豊富に生息する．これらは遺骸内／周辺の貧酸素／高硫化水素濃度環境に適応した種であり，深海熱水噴出孔に生息する種の近縁であることが多い．つまり，遺骸は深海の熱水や湧水環境と類似環境を世界中の海洋底に局所的に創成していると言える．
多くの人は「骨」は鉱物が主体であると考えていると思うが，鯨類のほとんどの骨は，鉱物成分よりも有機物の方が多い．一度陸上に進出して海洋に再度進出した脊椎動物の骨の大部分にはスポンジ状の空洞が発達しており，この空洞部分に有機物がつまっている．遺骸依存生物群集のほとんどは，この骨内有機物を直接摂食したり，有機物の分解過程で生じる硫化水素を直接／間接のエネルギー源としたりしている．
講演では，このような遺骸依存生物群集の特徴や形成過程，生物の遺骸利用形態，そして遺骸の分解過程について，化石と現生の研究からわかってきたことを話す．
また，研究活動とともに普及活動にも力を注いでいる．研究テーマへのパワーワード導入や一般向けの講演活動，SNS利用，分野全体の普及に貢献するウェブサイト製作，記念日制定など，様々な活動をしてきた（古生物学会広報としての活動も含まれるが）．たくさんの反省点もあるが，これらについても時間が許せば紹介したい．