古原生代の酸化事変:古土壌とC-13が豊富な炭酸塩岩からの制限

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20-22億年前に大気中の酸素濃度が急激に上昇したかどうかは、大気の進化のみならず、生命の進化にも関わる重要な問題であるが、未解決の問題である。本年度は、まずインドMewar変麻岩最上層の、21-25億年前に形成したと考えられる風化古土壌、及びその上層の堆積岩であるAravalli層群(18-21億年前)、この二つの岩石群から試料を選び出し、岩石薄片化、岩石粉末化、岩石溶液化を行った。現在、これらから、蛍光X線分析法による化学分析、ICP-MSによる希土類元素の化学組成、X線回折法による鉱物種の同定、さらには質量分析計による同位体分析を順次、行っている。一方、過末のデータをコンパイルして、28億年前から17億年前まで、大気中の酸素濃度がどのように上昇したいったかを検討した。この検討では、酸化還元に敏感な元素である鉄、マンガンを利用し先。この時代の風化帯に含まれるこれらの元素の残存率は、鉄は26億年前から増加し始め、21億年前で、現在の風化と同じく100%で飽和する。マンガンは鉄と同様に26億年前から増加し始めるが、飽和するのが17億年前であった。これらは酸化されるのにマンガンは鉄より多くの酸素を必要とするという熱力学の結果と整合的である。より定量化するため、モデルにより鉄とマンガンの残存率の増加を見積もった。鉄とマンガンの酸化速度は、大気中の酸素分圧のべき乗に比例することが知られている。これを使い、データにフィッティングした結果、大気中の酸素濃度は20-22億年前の期間で、急上昇したのではなく、27億年前から17億年前までの間で、従来考えられていたより比較的徐々に上昇したことがわかった。