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日本惑星科学会誌 Vol. 19, No. 4, 2010

特集
「初期太陽系物質科学の最前線」

Acfer 094隕石における宇宙シンプレクタイ
トの存在度
阿部 憲一 ，坂本 直哉 ，圦本 尚義
121, 2

2010年7月12日受領，2010年11月4日受理．

（要旨）宇宙シンプレクタイト（COS）は現在知られている太陽系物質の中で最も重い酸素同位体組成を持ち，太陽系初期の水に由来することが示唆されている．COS が原子数比で Fe : O : S ≈ 4 : 4 : 1 の特徴的な化学組成を保持していることを利用して，FE-SEM-EDS により Acfer 094 隕石の広範囲かつ高空間分解能な X 線元2素マッピングを行い，COS を探索した．1 mm 四方の元素マップを 7 面取得し，1 〜 260 µm の大きさの22COS を 66 個同定した．COS の平均面積は 32 µm ，個数存在度は 9 個 /mm であり，Acfer 094 隕石マトリッ
クスにおいて体積存在度 521 ppm で普遍的に存在することが明らかになった．

傾き約 1 の直線で表される酸素同位体異常を示すこと

1. はじめに16が分かっている．この傾き約 1 の直線は O 成分に富酸素は太陽系において 3 番目に存在度が高い元素で， む端成分と，17, 18

O に富む端成分の 2 成分混合によっ
16

固体物質においては最も存在度が高い元素である．まて説明されている．これまでに O に富む物質は前述

た，酸素はいろいろな化合物を形成し，固体・気体・した CAI の他に，アメーバ状オリビン凝集物（AOA）液体のすべての相に分配される．そのため，酸素同位などの星雲ガスからの高温凝縮物から見つかっている

体は太陽系の物質進化の最もよいトレーサーの 1 つだが [1]，17, 18

O に富む物質は特定されていなかった．

2007 年に坂本らによって炭素質コンドライト Acferと考えられている．
酸素には質量数 16，17，18 の 3 つの安定同位体が存

094 隕石から発見された物質は 3 酸素同位体図上で隕在し，天然ではそれぞれ 99.757：0.038：0.205（%）の割石構成物の傾き約１の直線の延長線上に位置し，現在合で存在している．酸素同位体の変化の割合は，地球見つかっている太陽系物質の中で最もの標準平均海水（SMOW）からの偏差を千分率（‰）で端に重い酸素同位体組成を持つ（δ

ii16i1617, 18

O に富む極17, 18

O = +180 ‰）[ O/ O）（ O/ O）
表したδ値 δ O = （試料/SMOW － 1]×[2]．瀬戸らによる鉱物学的研究により，この物質は直1000（i = 17, 18）が一般的に用いられている．蒸発や径 10 〜 30 nm， 長 さ 100 〜 200 nm の 柱 状 の 磁 鉄 鉱凝縮などの熱力学が支配するプロセスにおいて，酸素（Fe3O4）と 100 〜 300 nm の大きさを持つワーム状の鉄

17同位体組成は質量差に依存し，縦軸にδ O，横軸に18ニッケル硫化物からなるシンプレクタイト構造をして

δ O をとった 3 酸素同位体図上でその変化は傾き 1/2

い る こ と が 明 ら か に さ れ， 宇 宙 シ ン プ レ ク タ イ トの直線で表される．

（COS）と名付けられた [3]．この磁鉄鉱と鉄ニッケル隕石の主要な構成物である Ca や Al に富む難揮発性硫化物は約 1 : 1 の割合で混ざり合っているため，COS包有物（CAI）やコンドリュール，それらの間を埋める粒子全体の原子数比は Fe : O :  S ≈ 4 : 4 : 1 というユマトリックス物質はこの地球型質量分別線から外れ，ニークな化学組成を持つ．このような組成は COS に特徴的で，他の隕石構成物からは見つかっていない．

1. 北海道大学大学院理学院
2. 北海道大学創成研究機構
abeken@ep.sci.hokudai.ac.jp（水あるいは水蒸
この物質は原始太陽系星雲の H2O気）によって金属鉄又は硫化鉄が酸化されて形成され，

Acfer 094 隕石における宇宙シンプレクタイトの存在度／阿部，坂本，圦本

図1： Acfer 094隕石の反射電子像．白枠は1 mm四方のX線元素マッピング領域．赤丸は反射電子像のコントラスト観察により発見したCOS，黄丸はX線元素マッピングにより発見したCOSを示す．

H2O の酸素同位体組成を反映するものと考えられている [2, 3]．
本研究では，Acfer 094 隕石中の COS 粒子の存在度と サ イ ズ 分 布 を 決 定 す る 事 を 試 み た． こ れ ま で に269

図2： Acfer 094隕石の1 mm四方領域のRGBカラー合成X線元素マップ．Feを赤，Sを緑，Oを青として合成している．青
色はケイ酸塩鉱物又は酸化鉱物，赤色は金属鉄，黄緑色は硫化鉄鉱物に相当する．紫色の脈は地球上の風化で形成される水酸化鉄鉱物．COSは特徴的なオレンジ色に表示されるため発見することができる．黄丸は発見したCOSの位置を示している．

COS については酸素同位体異常を利用した探索が行われてきたが，同位体分析は広領域を分析するのに長の差によりコントラストがつくため，COS は磁鉄鉱時間を要するので，存在度やサイズ分布のような統計よりは明るく，硫化鉄（FeS）よりは暗く見える．
（Fe3O4）

学的研究に対してサンプル数を増やす事は難しく，精COS はこの反射電子像の微妙なコントラストの違い度を上げられない．そこで本研究では，COS が持つからも発見することはできる（図 1 赤丸）が，人為的な特徴的な化学組成に着目した．COS と同様の化学組見落としがあるため系統的な探索は困難である．そこ

成を持つ物質はすべて同位体異常を示すことが報告さで本研究では X 線元素マッピング法を用いた．X 線元れているので [2]，COS は化学組成による同定が可能

素マップは加速電圧 15 kV，照射電流 10 nA の分析条で あ る． そ こ で，X 線 元 素 マ ッ ピ ン グ 法 を 用 い て件で取得された．電子顕微鏡像観察により発見した最Acfer 094 隕石の広範囲の系統的な COS の探索を行い，小の COS が同定できるように，X 線元素マップは 45

その体積存在度と粒子サイズ分布を見積もった．

µm × 60 µm の領域を 256 × 192 ピクセルの画素で取2. 広範囲高解像度 X 線元素マッピング法得した．このとき，同時に反射電子像も取得した．これらのマップの画素解像度は約 0.2 µm/pixel に相当す
るが，薄片内での電子線の拡がりのため，X 線元素マ

本研究では炭素質コンドライト Acfer 094 隕石の異ップの実際の空間分解能は 1 µm 程度である．この高な る 2 枚 の 研 磨 薄 片 を 用 い た（Acfer 094#1，Acfer

空間分解能を保持したまま広範囲（1 mm × 1 mm）を094#2）．薄片全体の大きさはそれぞれ Acfer 094#1 が分析するために，同じ大きさの X 線元素マップを 432

23 × 17 mm，Acfer 094#2 が 8 × 5 mm（図 1）である．

面取得した．1 mm 四方に相当する領域の X 線元素マ

薄片観察および COS の探索にはエネルギー分散型ップを取得するのに約 20 時間を要した．これは同じ

X 線分析装置（EDS, Oxford INCA Energy）が付属し面積を同位体分析した場合に比べ約 10 分の 1 の時間でた電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM, JEOL JSM-ある．取得した X 線元素マップの 1 ピクセルあたりの7000F）を用いた．反射電子像は物質の平均原子番号

X 線の積算時間は約 2.3 ミリ秒であった．得られた X

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線元素マップはわずかに強度差があるものがあるため，物と水酸化鉄鉱物の境界付近からは COS のスペクト

Adobe Photoshop を用いてすべての X 線元素マップ間ルと似たものが得られるため注意が必要である．のレベル補正をした．その後，薄片における COS の同 定 さ れ た そ れ ぞ れ の COS 粒 子 に 対 し，10 〜 50

位置の同定を容易にするために，これらの X 線元素マ

nm の画素解像度を持つ反射電子像を取得し粒子面積

ップを結合して 1 mm 四方のモザイクマップを作成しを計算した．硫化鉄鉱物を伴っている COS 粒子は，た．X 線元素マップの結合には Adobe Photoshop の反射電子像に Fe-S-O 合成元素マップをオーバーレイ

Photomerge 機能を用いた．正確にマップを結合するしたイメージから COS 領域の境界を定め，硫化鉄鉱ために，画像のコントラストが最もはっきりしている物を取り除いた領域を 1 個の COS 粒子として面積を算

反射電子像を最初に結合し，結合した各面の位置情報出した（図 3）．本研究では，COS 粒子は不規則な形状を保存したファイルを作成した．X 線元素マップのモを し て い る の で， こ の 面 積 値 を 求 め る こ と に よ り

ザイクマップはその位置情報ファイルを用いて反射電COS 粒子サイズと対応させることにする．

子像と全く同じ結合位置になるよう作成にした．

COS はマトリックス中に存在しているが，1 mm 四COS 粒子を同定するために，COS を構成する元素

方の Fe-S-O 合成元素マップ中にはコンドリュールやである Fe と O，S の X 線元素マップを用いた．これら

CAI などの大きな隕石構成物や，それらの鉱物破片もの X 線元素マップから Fe を赤，S を緑，O を青とした含まれている．Acfer 094 隕石は特に角礫岩化されたRGB カラーの合成元素マップを作成した（図 2）．その隕石であるため，1 mm 四方のマップにおけるマトリFe-S-O 合成元素マップにおいて隕石の大部分を構成ックス領域が占める割合には変動があり，COS の存しているコンドリュールやマトリックス物質などのケ在度を算出する時にマトリックス領域で規格化する必

イ酸塩鉱物や酸化鉱物は青色，金属鉄は赤色，硫化鉄要がある．そこで，すでに Acfer 094 隕石のマトリッ鉱物は黄緑色に見える．Acfer 094 隕石は砂漠で発見

クス存在度を見積もっている Newton ら [4] と同様のされた隕石であるため，地球上で風化を受けた時に形定義を用いて 50 µm より小さい物質をマトリックス成される水酸化鉄鉱物（FeOOH）の脈が薄片の至る所物質とし，マップ中のマトリックス存在度を見積もっに存在している．Fe-S-O 合成元素マップ上でこの水た．マップ中から 50 µm 以上の物質を除外するため酸化鉄鉱物は紫色に見える．また，水酸化鉄鉱物と似に反射電子像および Fe-S-O，Mg-Ca-Al 合成元素マッた元素で構成されている磁鉄鉱（Fe3O4）は，Acfer 094

プを用いた．Fe-S-O 合成元素マップは金属鉄や硫化隕石における存在度は極めて低いがわずかに存在して鉄鉱物を，Mg-Ca-Al 合成元素マップはケイ酸塩鉱物おり，マップ上で水酸化鉄鉱物に比べ少し赤い紫色にの形状をトレースするのに有効である．

見える．一方，COS は特徴的なオレンジ色に見え（図3（b）），他の物質から明確に区別することが可能である．COS を同定するために，マップから発見したす

3. Acfer 094 隕石における COS の存在度

べての COS 粒子に対して X 線スペクトルを取得し，Acfer 094 隕石で 1 mm 四方の X 線元素マップを 7

すでに報告されている COS [2] の化学組成を持つ事を領域取得し，合計 66 個の COS 粒子を同定した．取得確認した．X 線スペクトルを取得する際に，硫化鉄鉱したすべての 1 mm 四方の X 線元素マップから COSは必ず発見され，1 mm 四方の X 線元素マップ 1 領域
における COS の個数存在度は最も多い領域で 15 個，最も少ない領域で 5 個であり，1 領域あたりに平均 9個の COS 粒子が含まれていた．同定した COS 粒子の2最小面積および最大面積は，それぞれ 0.9 µm と 261.62µm であり，本研究で用いた X 線元素マップの空間分解能にほぼ等しい面積の COS 粒子まで発見された．
図3： COSの反射電子像（a）とFe-S-O合成X線元素マップ（b）．
（a）の赤線はCOS粒子を示している．

図 4 に同定した COS 粒子の面積分布を示す．ヒストグ
ラムは小さい COS 粒子ほど指数関数的に増加していAcfer 094 隕石における宇宙シンプレクタイトの存在度／阿部，坂本，圦本

る．炭素質コンドライトは隕石母天体の形成領域や時35期を反映した原材料の違いに由来すると考えられてい30

る 8 つの化学的グループに分類され，それには全岩化学組成と全岩酸素同位体組成が一般的に用いられてい25

個数271る．しかし，Acfer 094 隕石は，全岩化学組成は CMコンドライト [6, 7]，全岩酸素同位体組成は CO コン

20

ドライトに類似した特徴を持ち [8]，どの化学的グル15ープにも分類されていないユニークな隕石である．従って，Acfer 094 隕石は他の隕石とは異なる特別な隕10石であり，COS は Acfer 094 隕石に固有の物質である可能性が考えられる．

50（2）については，Acfer 094 隕石の始原性が考えられ
050

100

150

200

250

300

面積（µm2）
図4： COS粒子の面積分布．粒子面積が小さくなるほど個数が指数関数的に増加している．

る．走査電子顕微鏡および透過電子顕微鏡によるマトリックスの詳細な研究から，Acfer 094 隕石のマトリックスには隕石母天体での水質変成作用で形成されると考えられている層状ケイ酸塩鉱物がほとんど含まれず（1 vol% 以下），典型的に 200 〜 400 nm 程度の大きさを持つフォルステライト組成のカンラン石やエンスるように見える，同定した COS 粒子の平均面積は 32.42µm であった．

タタイト組成の輝石，硫化鉄鉱物，そして大量のアモルファス物質（40 vol%）を含んでいることが報告され27 mm の X 線元素マッピング領域におけるマトリッ2ている [9]．組織や化学組成から，このアモルファス

クス領域は 4.11 mm と計算された．これはマトリッ物質は分子雲又は太陽系星雲からの凝縮物であり，クスの存在度が 59 % であることに相当する．大きなFeO 成分に乏しいケイ酸塩鉱物は太陽系星雲中でアコンドリュールが多数含まれているマッピング領域がモルファス物質からの結晶化又はアニーリングにより2 領域あるため，[4] で報告された 63 % に比べわずか形成されたことが示唆されている．ALHA77307 隕石にマトリックス存在度が低くなっている．マトリックもマトリックスにアモルファス物質を含んでいること

スで規格化した COS の体積存在度は 521 ± 64 ppm とから [10]，Acfer 094 隕石と同程度に始原的だと考え計算され，COS は Acfer 094 隕石マトリックス中に普られているが ，近年，始原的な隕石のさらに詳細な遍的に存在していることが分かった．

分類により低度の熱変成作用を受けていることが示唆

4. COS が Acfer 094 隕石のみから発見される原因

されている [11]．また，Acfer 094 隕石マトリックスには他の隕石に比べて高いプレソーラー粒子の濃集が
報 告 さ れ て い る [e.g., 4, 12]． 以 上 の 特 徴 か ら Acfer

本手法により COS は Acfer 094 隕石 1 mm 四方の領

094 隕石は隕石母天体での水質変成や熱変成の作用を域からは普遍的に発見された．しかし，他の炭素質コ受けた証拠が無く，太陽系初期の情報をよく保存したンドライトから同様の手法を用いて COS の探索を行

最も始原的な隕石の 1 つだと考えられている [e.g., 4, 9]．っているが，現在までに発見されていない [5]．何故

従って，COS が見つかっている Acfer 094 隕石は他のAcfer 094 隕石からしか COS は見つからないのだろう

隕石に比べて“超”始原的であり，他の隕石では水質か．これには（1）Acfer 094 隕石以外には元々 COS が変成や熱変成などの二次作用によって COS が破壊さ無かった，（2）COS は他の隕石にも元はあったが，減れてしまったために発見されないという可能性が考え少した（無くなった）の 2 つの可能性が考えられる．こられる．この場合，COS は高度に始原的な隕石を識こからはそれぞれの可能性について考察する．

別するよい指標になると考えられる．

（1）については，Acfer 094 隕石の特殊性が考えられ現時点で（1）と（2）のどちらかを判断することはでき272

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ないが，Acfer 094 隕石が特別な隕石であるという他[4] Newton, A. et al., 1995, Metoritics 30, 47.の特徴に乏しいことから，（2）の方がもっともらしい[5] 阿部ら , 2008, 連合大会 , P137-008

ように思われる．COS は現在までに Acfer 094 隕石以[6] Wlotzka, F. 1991, Meteoritics 26, 255.

外から発見されていないことから，他の隕石における[7] Spettel, B. et al., 1992, Meteoritics 27, 290.

COS の存在度はかなり低いことが予想される．その[8] Bischoff, A. et al., 1991, Meteoritics 26, 318.

ため，Acfer 094 以外の隕石について本手法を用いて[9] Greshake, A., 1997, Geochim. Cosmochim. Acta 61,マトリックス部分の分析面積をさらに増やしていく必

437.

要がある．

[10] Brearley, A., 1993, Geochim. Cosmochim. Acta 57,5. おわりに[11] Kimura, M. et al., 2008, Meteoritics & Planetary

1521.
Science 43, 1161.
本研究で用いた広範囲高解像度 X 線元素マッピン
2グ法により，Acfer 094 隕石の 7 mm の領域から 1 〜2260 µm の大きさを持つ COS を合計 66 個同定した．
2

同定した COS は平均面積 32.4 µm ，個数存在度 9 個 /2mm であった．マトリックスで規格化した体積存在度は 521 ppm で，Acfer 094 隕石マトリックス中に普遍的に存在していることが分かった．この手法で得られた元素データは COS の探索だけではなく，他にもプレソーラー SiC や炭酸塩鉱物などの特徴的な化学組成を持つ物質の探索にも活用することができる．
現在，我々が手に入れることができる隕石物質は，たまたま地球に落ちて来たものだけである．その中にあって，Acfer 094 隕石のように太陽系初期の情報を多く保存している高度に始原的な隕石は非常に希少であり，同じような隕石が落ちてくる可能性は極めて低いだろう．今後のサンプルリターンに期待したい．

謝 辞
Krot, A. N. 博士には大変貴重な Acfer 094 隕石薄片を提供して頂きました．また，投稿原稿を丁寧に査読して頂いた木村眞博士，本記事の執筆機会を与えて下さった橘省吾博士にこの場をお借りして深く感謝の意を申し上げます．

参考文献[1] Clayton, R. N. et al., 1973, Science 182, 485.
[2] Sakamoto, N. et al., 2007, Science 317, 231.
[3] Seto, Y. et al., 2008, Geochim. Cosmochim. Acta, 72,2723.

[12] Floss, C. and Stadermann, F. 2009, Geochim.
Cosmochim. Acta, 73, 2415.