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[BPT23-12] 32億年前の海底環境復元: DXCL掘削試料の炭素・硫黄同位体比について
キーワード：太古代, 炭素同位体, 硫黄同位体, 黄鉄鉱, 二次イオン質量分析装置, 硫酸還元菌
西オーストラリアのピルバラ海岸グリーンストーン帯には, 32~31億年前の海底堆積物層 (デキソンアイランド層およびクリバービル層)が分布している. 堆積環境の高精度復元を目的として2007年と2011年にDXCL陸上掘削が行われ, 4本の掘削コア(DX, CL1, CL2, CL3)が得られた. 先行研究によると, CL3以外のコアでは炭素同位体比(=δ13C)は岩相と相関なく約-30‰前後を示し, 燃焼法によって得られたDXコア中の黒色頁岩の硫黄同位体比(=δ34S)は変動幅が大きく, 非常に高い値 (δ34S=-10.1~+26.8‰, n=93: 坂本, MS2010; Kobayashi, MS2013) を示した. これは報告されている太古代初期の堆積性硫化物の同位体比(δ34S=-16.8~+8.7‰, n=351: Strauss, 2003)と大きく異なっている. 本研究ではDXCL掘削試料における炭素・硫黄同位体変化をCL３コアを含めた全層について比較した. また特に黄鉄鉱硫黄同位体比のばらつきが大きかったDXコアについては, その原因を解明するためにNanoSIMSによる硫黄同位体比の微小領域分析を試みた. (岩相) クリバービル層は下位の黒色頁岩部層（CL1：66.1m, CL2：44.4m）と上部の縞状鉄鉱部層からなる. 特にCL3コア(200m)は黒色頁岩部層最上部と縞状鉄鉱層部層からなり, 黒色頁岩, 炭酸塩岩, 縞状鉄鉱層からなる. デキソンアイランド層（DXコア：100.4m）は, 黒色頁岩と灰色チャート, 黄鉄鉱層の互層からなる. 顕微観察により, 数mm幅の黄鉄鉱層の中には数十~数百μmの自形黄鉄鉱の層や直径約10μm, 殻厚約2μmの微小球殻状黄鉄鉱の層がある. 地層の切断関係や形態により, 微小球殻状黄鉄鉱が続成作用の初期の段階に形成していることが分かる.(硫黄同位体分析) 局所分析: 微小球殻状黄鉄鉱を含む薄片を標準試料と共に樹脂に包埋し,東京大学大気海洋研所所有のNanoSIMS50(二次元高分解能二次イオン質量分析装置)を使用して同位体比のマッピングを行った. 全岩分析: 粉末試料を燃焼してSO2ガスを単離し, そのガスを用いて同位体分析を行った. 機器には九州大学有機宇宙地球化学研究室所有のFISONS instruments社製NA 1500 NCS元素分析計およびThermo Finnigan社製DELTA plus XL同位体比質量分析計を使用した. (炭素同位体分析) 粉末試料に対してLarson et al., (2008)に基づき菱鉄鉱の塩酸処理を行い, 高知大学海洋コア総合研究センターのThermo Finnigan社製の元素分析オンライン質量分析計Delta Plus Advantageを使用した.(結果) 微小球殻状黄鉄鉱は球殻内部で5~10‰ほどの同位体分別を起こし, 値の高い部分が内側にリング状に, 低い部分が外側と中心部にという同心円状の分布をしていた. またCL3コア(n=27)からはδ34S=+1.33~+21.52‰, δ13Corg=-30.79~-28.57‰, Corg=0.09~1.65wt%という結果が得られた. (考察) 炭素同位体比は, DX-CLコアを通して約400mの間ほとんど-30~-28‰の値をとり, 同一種類の炭素物質が海洋底に沈殿している事がわかった. これはシアノバクテリアのような光合成細菌のとるδ13Corg値と一致する(Schidlowski, 1987). 当時の海洋表層部ではシアノバクテリアが活動し, その遺骸が沈殿したものと思われる. また黄鉄鉱層の形成は, シアノバクテリアが沈殿する有機物に富む嫌気的な海底堆積物中で起こる. 特に球殻状に形成した黄鉄鉱内部では硫酸塩に関して閉鎖系となり, 硫酸還元菌によるレイリー分別が進んだ. その結果フィードバックを起こし, 球殻内部では当時の海洋硫酸塩の硫黄同位体比(+2‰: Ohmoto, 1992)よりも同位体的に重い黄鉄鉱が形成していったと考えられる. 一般的に硫酸還元菌が関与する場合, 生成する硫化物の硫黄同位体比は負の値をとり同位体的に軽い方向にシフトするが, 本層では+20‰以上の値を示している. 当時の海洋底の堆積性硫化物は高い硫黄同位体比をもつ状態であった可能性がある.