日本惑星学会会誌 Vol.14.No.1,2005

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平成16年度日本惑星科学会最優秀発表賞受賞論文

コンドリュール同時形成：
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Al年代測定による炭素質コンドライトと普通コンドライトコンドリュールの形成年代
倉橋

映里香1,2��� �����������

大きな特徴として酸素同位体組成の相違が挙げられる．
炭素質コンドライトのコンドリュールは普通コンドラ

地球上で手にすることができる代表的な地球外物

イトのものに比べ16Oに富んだ組成を持ち，その組成

質，隕石．ひとえに隕石といっても，様々な種類があ変動幅（δ17O,δ18O = ～ 10‰）が普通コンドライトることが知られている．中でも最も始原的といわれて（δ17O,δ18O = ～ 3‰）より大きいことが知られていいるコンドライトは，主に普通コンドライト・炭素質る[5]．両コンドライトの基本的特徴を表1にまとめた．

コンドライト・エンスタタイトコンドライトに分類さこのように，コンドライトの種類によって，含まれるれている．主要な普通・炭素質コンドライトの構成物

コンドリュール数やコンドリュールタイプの化学組質を見てみると，普通コンドライトにおいては難揮発成・同位体組成が異なる主な原因として，(a) 原始太性包有物（CAI）が0.1-1体積％，コンドリュールが陽系円盤における空間場の違いによってコンドリュー60-80％，その間を埋めるマトリックスが10-15％であル形成環境が異なったため，(b) コンドリュール形成る[1]．一方，炭素質コンドライトでは，CAIが1-13％，時期の違いによってコンドリュール形成環境が異なっコンドリュールが15-60％，マトリックスが30-80％でたため，あるいはその両方に起因することが考えられる．

あり，普通コンドライトに比べCAIとマトリックスが表1多く，コンドリュールが少ないことが知られている[1]．
コンドライトの主要構成物であるコンドリュールに着目してみると，かんらん石や輝石中に含まれる酸化鉄（FeO）の含有量によって，酸化鉄に乏しい「タイプI」（Fe/(Fe+Mg)<0.1）と酸化鉄に富む「タイプII」(Fe/(Fe+Mg)>0.1)に分けられる．炭素質コンドライトにはタイプIが非常に多く含まれているが（90体積％以上），普通コンドライトにはタイプIIが比較的多く含まれている（50-70％）[2-4]．しかしながら，コンドライト中に含まれる金属鉄量は，炭素質コンドライト（0.1-8体積％）より普通コンドライト（2-10％）の方

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本研究の目的が多く[1]，コンドリュールタイプの割合と逆の傾向

30年以上も昔からコンドライトやコンドリュールにを示す．さらに，両コンドライトのコンドリュールの関する数多くの研究がなされてきた．
それにも関わらず，

1. 東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻
2. 産業技術総合研究所地質情報研究部門

それらの起源や進化は不明な点が多く，コンドリュール形成過程に関しては未だに決着がついていない．そコンドリュール同時形成／倉橋

11の原因のひとつには，変成を受けた試料の情報が多くまでほとんど得られていなかった．そこで，本研究で含まれていることが挙げられる．熱変成や水質変成をは，最も始原的な炭素質コンドライトのFe-Mgコン受けると鉱物組成の変化などが起こり，初期太陽系のドリュールの形成年代を求め，普通コンドライトと炭情報を引き出そうとしても，変成以前の情報を得るこ

素質コンドライトにおけるコンドリュール形成年代をとができない．また，コンドライトの構成要素を細か比較し，両コンドライトの形成領域でのコンドリューく分類し，それぞれの化学的関係と形成年代についてル形成進化について議論する．の詳細なデータを得て，全体的な進化を考えるという系統的な研究が限られていることも原因である．これ��� ����������

までに他の研究者が見たことのないような新発見をしたいという研究者魂ゆえに珍しいもの探しが優先され最も始原的と考えられている炭素質コンドライトてしまいがちなことも原因といえるだろう．上記のよCO3.0 Yamato-81020[13] に含まれる，Fe-Mgコンド

うな問題点を克服するため，筆者は，最も落下頻度のリュール（タイプI：14個，タイプII：2個）につい多いコンドライトである普通コンドライトと炭素質コて，二次イオン質量分析計（SIMS IMS-1270, 産業技

ンドライトに含まれる最も普遍的なFe-Mgコンドリ術総合研究所）による26Al年代測定を行った．複雑かュールについて，構成鉱物，組織，全岩化学組成，酸つ微小な組織を示す斜長石についてはビーム径3μm

素同位体組成，さらに形成年代について系統的な調査を用い，かんらん石・輝石についてはビーム径5μmをし，初期太陽系固体物質の進化を解き明かしたいとを用いた．測定方法は[7, 14]に従ったが，斜長石に関考えている．その第一段階として，まずコンドリュー

しては一次イオン0.02-0.03nAで6-8時間の測定を行う

ルの形成年代に着目した．という改良を加え，約10-20万年の年代誤差という高コンドリュールの形成年代に関しては，高い時間分精度測定を実現した．

解能で年代測定が可能な短寿命放射性核種を用いたコンドリュール年代測定が5，6年前から行われるように��� �����������

なってきた[6]．特に，半減期約73万年である26Alを用いた年代測定がSIMS（二次イオン質量分析計）の普26及も相まって精力的に行われ，その結果，最も始原的26て Alが均質に分布していた」という仮定が必要となな普通コンドライトに含まれるFe-Mgコンドリューる．この仮定が崩れると26Alによる年代情報はすべて

ルは，太陽系で最初に形成した固体物質と考えられて意味のないものとなる．CAIとコンドリュールについいるCAI形成後，約100-250万年で形成したことが明てU-Pb絶対年代測定が行われ，絶対年代でもCAIとらかになった[7-11]．一方，炭素質コンドライトに関コンドリュールの形成年代差が約250万年であること

Al形成年代を扱う際には必ず「初期太陽系においしては， Al年代測定に必要な Alに富んだ鉱物（斜が明らかになった[15]．これにより26Alが初期太陽系長石等）やガラス部がFe-Mgコンドリュール中に少で均質に存在し，年代測定法として有用であることがないうえに，そのサイズがSIMS分析に必要な空間分確認された[6]．このことから，以下は初期太陽系に解能より小さいものが多いために年代測定が困難であ

おいて26Alが均質に分布していたという仮定のもとにり，年代情報は非常に限られている．近年，タイプII年代の結果を示す．

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コンドリュールについては Al年代測定結果の報告が測定を行った16個のコンドリュールに含まれる斜長あるが[12]，炭素質コンドライトに卓越しているタイ石のほとんどが低いAl/Mg比（20-40 [16]）であった

プIコンドリュールに関しての系統的な形成年代は今にも関わらず，すべてのコンドリュールにおいて26Al

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図1 � タイプIコンドリュール（Y18）のAl-Mgアイソクロン図(a)と反射電子像(b)．(a)●は斜長石，■はかんらん石．(b) Ol : かんらん石，Px :輝石，Cpx : Caに富んだ輝石，Pl :斜長石，M : 金属鉄．○はSIMSによる実際の分析点を示す．

による26Mgの過剰を検出した（図1）．CAIの26Al/27Al-5合線を示すことになり，年代情報としての意味をなさ初生値（5×10 [17]）と比較することでコンドリューない．また，全岩化学組成のみから年代を求める際にルのCAIに対する相対形成年代が得られる [6, 14]．結は，コンドリュール形成時のMg初生同位体比を仮定果として，始原的炭素質コンドライトYamato-81020する必要があり，求めた年代はモデル年代となるためのタイプIコンドリュールはCAI形成後約130-240万年，正しい年代情報を示すとは限らない．さらに，全岩化タイプIIコンドリュールはCAI形成後約200万年で形学組成が現在のコンドリュール形成時に決定したので成したことが明らかになった．炭素質コンドライトのはなく，それ以前のコンドリュール前駆物質形成時にタイプIコンドリュールについて，形成年代を系統的決定した可能性もあり，得られた年代の意味が不明確に得たのは本研究が初めてである．図2に，すでに得である．それに対し，本研究では，コンドリュールのられている普通コンドライト（タイプI・タイプIIコメソスタシス部を構成する斜長石を測定し，コンドリンドリュール）および炭素質コンドライトのタイプIIュールの最終固化年代を求めている．本研究の結果かコンドリュールと比較した本研究の年代結果を示す．

らは，コンドリュールがいつ形成し始めたのかについこれにより，普通コンドライトと炭素質コンドライトての情報は得られず，コンドリュールがCAIと同時期の主要コンドリュールは原始太陽系星雲において同時に形成した可能性を否定することはできないが，少な期（CAI形成後約100-250万年）に形成したことが明くともCAI形成後約100-250万年という同時間幅で両らかになった．加えて，炭素質コンドライトのタイプコンドライトのコンドリュールが存在したことを示し

IIコンドリュールはタイプIに比べ，若い年代を示すている．ゆえに，前述した両コンドライト中コンドリ傾向があることがわかった．

ュールの様々な相違が形成年代の違いによるのではな

一方，誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）を26

く，原始太陽系星雲内における空間的位置の違いによ用いたコンドリュール全岩化学組成の Al年代測定

るコンドリュール形成環境の相違に起因することが強が最近行われ，炭素質コンドライトのコンドリューく示唆される．

ル形成はCAI形成と同時期に始まり，少なくとも約100-200万年続いたと報告されている[18]. しかしながら，��� �����������

この結果はコンドリュール中に融け残っているCAI等の前駆物質の情報を含んでいる可能性があり，その場前述のように，炭素質コンドライトにはタイプIコ26ンドリュールが卓越しているのに対し，普通コンドラ等）と Mg過剰が乏しい物質（かんらん石等）の混

イトではタイプIIコンドリュールが相対的に多く含ま合，Al-Mgアイソクロンは Mg過剰が多い物質（CAI26コンドリュール同時形成／倉橋13
ドライトのタイプIIに比べFeO含有量が明らかに多い．
図3に示すように，普通コンドライトのコンドリュールに関してはCI組成の蒸発凝縮実験結果の近くに平行して分布している．しかしながら，炭素質コンドラ
イトのタイプIコンドリュール全岩化学組成は蒸発凝縮実験結果とは無関係の分布を示し，CI組成の単純な蒸発・凝縮では説明できない．コンドリュールのタイプIとタイプIIの関係については，(a) タイプIIを蒸発

図2 � 最も始原的なコンドライトにおけるコンドリュールの26Al相対形成年代．普通コンドライトの年代を白色[7-11], 炭素質コンドライトの年代データを灰色（本研究）および黒色[10, 12]で示す．○はタイプI，□はタイプIIコンドリュール．

あるいは還元することでタイプIが形成[19, 20]，(b) タ
イプIとタイプIIでは前駆物質が異なる [19]，などの説が挙げられる．炭素質コンドライトのコンドリュー
ル全岩化学組成を考慮すると，タイプIIの蒸発あるいれている．これらのコンドリュールが同じ年代幅を示

は還元だけではタイプIの全岩化学組成を説明するこすことは，初期太陽系の空間的位置により，酸化・還とはできず，(a)の可能性は低いといえる．これに対し，元状態や温度・圧力などが異なるコンドリュール形成

炭素質コンドライトは普通コンドライトに比べ相対的イベントが同時期に生じたことをも意味する．に多くのCAIを含んでいること，炭素質コンドライトに卓越するタイプIコンドリュールにCa, Alが相対的5.1 コンドリュール全岩化学組成に多く含まれることを考慮すると，炭素質コンドライ両コンドライト形成領域におけるコンドリュール形

ト形成領域ではCAIに取り込まれずに残った細粒の難成進化を調べるために，コンドリュールの全岩化学組揮発性物質が普通コンドライト形成領域に比べ多く存成の比較を行った．コンドリュールの全岩化学組成は，在し，それらがタイプIコンドリュールの前駆物質と各コンドリュールにつき約500点の定量分析（電子顕して取り込まれたと考えると説明可能である．一方，微鏡による）を行い，その平均値を求めることで得た．

炭素質コンドライトのタイプIIコンドリュールはタイ

図3に，普通および炭素質コンドライトのFe-Mgコ

プIに比べ，相対的にCa，Alに乏しくFeに富む組成をンドリュール全岩化学組成をプロットした三角図を示持つ．炭素質コンドライトのタイプIIコンドリュール

す．炭素質コンドライトのタイプIコンドリュールは，がタイプIに比べて若い形成年代を示す傾向があるこ

普通コンドライトのタイプIに比べ，相対的にCaO，とを考慮すると，炭素質コンドライト形成領域においAl2O3に富み，FeOに乏しい組成を持つ．また，炭素て，コンドリュール前駆物質の組成が時間と共に変化質コンドライトのタイプIIコンドリュールは普通コンした可能性が考えられる．
図3 � 非平衡コンドライト中のコンドリュール全岩化学組成．●が炭素質コンドライトタイプI（本研究），○（灰色）が炭素質コンドライトタイ
プII（本研究）．普通コンドライトのタイプI（白領域）およびタイプII（灰色領域）の全岩化学組成領域を合わせて示す[4, 21]．□はCI組成．
実線は実験によるCI組成の凝縮経路[25]．点線
は実験によるCI組成の蒸発経路(2000K)[26].

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5.2 コンドリュール形成年代と全岩化学組成の関係

全岩化学組成の関係は見られず，同様のシナリオで説本研究で得られたコンドリュール形成年代と全岩化明することはできない．この違いの原因として，(a)学組成の結果を用いて，普通コンドライト・炭素質コ

普通コンドライトに比べ炭素質コンドライト形成領域

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ンドライトのコンドリュールの Al相対年代と全岩化ではコンドリュールの蒸発・再凝縮の効果が小さかっ

学組成(Si/Mg比)の関係を図4に示す．炭素質コンドた, (b) 普通コンドライトにおける年代と全岩化学組成

ライトのコンドリュールでは，主要元素Mg，Si，Fe，の関係は弱く，誤差範囲を考慮すると実際には炭素質Al，Caのすべてに対して，年代と全岩化学組成の関コンドライトと同様，年代と組成の関係はみられない，係は特に見られないことが明らかになった（図4(a)）．という可能性が挙げられる．

さらに，揮発性元素（Na等）も年代との関係は見られなかった．一方，普通コンドライトのコンドリュー
ルの全岩化学組成と26Al相対年代の関係は[21]によっ

5.3 原始太陽系星雲における空間的位置とコンドリュール形成て報告されている．それによると若い年代を示すコン

ここで，両コンドライトの形成領域を考えてみる．

ドリュールほどSiO2や揮発性元素に富む傾向がみられスペクトル観測から，隕石の母天体は小惑星であるとることが指摘されている(図4(b))．この傾向を説明す考えられている．普通コンドライトの母天体と考えらるために，[21]ではコンドリュール形成イベントによれているS型小惑星は2AU付近に最も多く存在し，炭る加熱を受けたコンドリュールが，開放系で蒸発・再素質コンドライトの母天体と考えられているC型小惑

凝縮を繰り返すことで，時間とともに全岩化学組成変星は3AU付近に最も多く存在することが知られてい化が生じたのではないかと考察している．しかしながる[22]．原始太陽系星雲において2AUより外側の領域

ら，炭素質コンドライトのコンドリュールでは年代とで有機物が存在したと考えると[23]，炭素質コンドラ
イト形成領域には普通コンドライト形成領域に比べ多くの有機物が含まれる．これは，普通コンドライトに比べ，炭素質コンドライトに炭素が多く含まれている事実と一致する．さらに，普通コンドライトのタ
イプIコンドリュール組成に少量のグラファイトを加えて瞬間加熱をした実験によると，炭素量が1-5wt%増加するとかんらん石のFe/(Fe+Mg)比が6mol%から0.3mol%まで減少するという結果が得られ，炭素がコンドリュールの還元剤として有効であることが示唆されている[24]．ゆえに，炭素質コンドライト形成領域において，コンドリュール前駆物質として炭素が取り込まれ，炭素による還元を受けたために，タイプIコンドリュールがより多く形成されたと考えられる．

図4 � コンドリュールの全岩化学組成（Si/Mg比）と26Al相対年代の関係．全岩化学組成はCI組成[27]で規格化．
●はタイプI，○はタイプIIコンドリュール．(a) 炭素質コンドライト（全岩化学組成・年代データとも本研究），(b) 普通コンドライト[21]．実線は最小自乗回帰線，点線は回帰線の95％信頼水準を示す．

5.4 コンドリュール形成進化の定性的モデル
最後に，上記の結果を総合的に説明するためのコンドリュール形成進化の定性的モデルを提案する．
原始太陽系星雲内において，太陽により近い空間

15に普通コンドライト形成領域，それより外側に炭素シン大および産業技術総合研究所），永原裕子博士（東質コンドライト形成領域が存在した．CAI形成後，約京大学理学系研究科），および森下祐一博士（産業技100-250万年（あるいはそれ以前から）でコンドリュ術総合研究所）に深く感謝いたします．年代測定につール形成イベント（雷，衝撃波など）が発生．このとき，いては下田玄博士（産業技術総合研究所）に協力して炭素質コンドライト形成領域では，CAI等に取り込まいただきました．また，橘省吾博士（東京大学理学系

れずに残っていた細粒の難揮発性物質を含んだコンド研究科）には日頃より議論を通し有益なコメントをいリュール前駆物質が，コンドリュール形成イベントにただきました．最後に，査読者である中村智樹博士によって加熱されると同時に，周囲に存在する炭素によは的確なコメントをいただきました．この場を借りてる還元を受けた結果，タイプIコンドリュールが卓越感謝申し上げます．

して形成される．さらに，炭素質コンドライト形成領域において年代とともにコンドリュール前駆物質の組����成変化，あるいはコンドリュール形成時の酸化還元状態，温度圧力などが変化したため，タイプIよりも若い年代を示すタイプIIコンドリュールが形成される．一方，[1] Hutchison R., 2004, in "Meteorites", Cambridge
Univ. Press, 149

普通コンドライト形成領域では，炭素質コンドライト[2] Grossman J. N. et al., 1988, in "Meteorites andに比べ相対的にCa，Alが乏しく，Feに富む前駆物質

the Early Solar System", Univ. Arizona Press,がコンドリュール形成イベントによる加熱をうけ，コ619ンドリュールが形成される．このとき，炭素等による[3] Huang S. et al., 1996, Icarus, 122, 316

還元の効果は炭素質コンドライトに比べ相対的に少な[4] Tomomura S. et al., 2004, LPSXXXV abst.

い．その後，それぞれのコンドライト形成領域内でコンドリュール等の固体物質が集積した．
普通・炭素質コンドライトとも年代とコンドリュー#1555[5] Clayton R. N., 1993, Ann. Rev. Earth. Planet.
Sci., 21, 115

ル全岩化学組成のデータは十数個しか得られておらず，[6] 木多, 2003, 遊星人, 12, 151

系統的な議論をするには情報が不十分であり，今後の[7] Kita N. T. et al. 2000, GCA, 64, 3913

精査を期待するところである．さらに，コンドリュー[8] Hutcheon I. D. and Huchison R., 1989, Nature,

ル以外の初期太陽系固体物質とコンドリュールの関係，コンドリュール形成と星雲中に存在するH2Oとの関係，コンドリュール形成イベントの物理的発生機構，酸素337, 238[9] McKeegan K. D. et al., 2000, LPSXXXI, abst.
#2009

同位体組成分布などまだまだ考慮しなくてはならない[10] Srinivasan G. et al., 2000, M&PS, 35, 1333

問題が山積みである．初期太陽系形成時の情報を唯一[11] Mostefaoui S. et al., 2002, M&PS, 37, 421

握っている声なき者たちからのメッセージを少しでも[12] Kunihiro T. et al., 2004, GCA, 68, 2947

多く読み取り，太陽系形成進化の解明という大きな謎[13] Kojima T. et al., 1995, Proc. NIPR Symp.に挑むことが惑星科学に携わる一員としての使命であると感じている．

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著者の共同研究者である木多紀子博士（ウィスコン

Antarct. Meteorit., 8, 79[14] 木多, 1999, 遊星人, 8, 256[15] Amerin Y. et al., 2002, Science, 297, 1678
[16] Kurahashi E. et al., 2004, LPSXXXV abst.
#1476

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16[17] MacPherson G. J. et al. 1995, Meteoritics, 30,365[18] Bizzarro M. et al. 2004, Nature, 431, 275[19] Jones R. H., 1990, GCA, 58, 5325
[20] Sears D. W. G. et al., 1996, in "Chondrules andthe Protoplanetary Disk", Cambridge Univ.
Press, 221[21] Tachibana S. et al. 2003, M&PS, 38, 939[22] Bell J. F. et al., 1989, in "Asteroids II", Univ.
Arizona Press, 921[23] 香内ほか, 2001, 遊星人, 10, 11[24] Connolly H. C. et al., 1994, Nature, 371, 137[25] Yoneda S. and Grossman L., 1995, GCA, 59,3413[26] Wang et al., 2001, GCA, 65, 479[27] Anders E. and Grevesse N., 1989, GCA, 53, 197