宇宙からの「タイムカプセル」が地球上に存在

約45億年前、太陽系は混沌とした星雲から誕生しました。このプロセスは手の届かないもののように思われますが、幸いなことに、時間と空間を越えて地球にやってきた「タイムカプセル」であるコンドライトを研究することで、太陽系の形成に関する多くの秘密を解明することができます。これらの古代の岩石の破片、特にその中に含まれる小さな丸い粒子、コンドリュールには、豊富な情報が含まれています。

コンドリュールはコンドライトの重要な構成要素です。通常、直径は約 1 ミリメートルで、主に 2 つのケイ酸塩鉱物、カンラン石と輝石で構成されています。コンドリュールの形成は、高温での溶融から冷却、そして凝固という過程を経ます。惑星が集まる前の初期の宇宙では、高速衝突などの高エネルギー現象により塵粒子や小惑星が瞬時に溶解して液滴となり、その後急速に冷却されて結晶化し、現在見られるコンドリュール構造になった可能性がある。

典型的なコンドライトの断面: この隕石は切り開かれ、主にカンラン石などのケイ酸塩鉱物で構成されたコンドリュールが露出しています。コンドライトには、コンドルールに加えて、地球の酸素が豊富な大気に長い間さらされていなかったため、酸化（錆び）していない小さな鉄の粒子が含まれていることがよくあります。これにより、金属の形で鉄を含まない陸生岩石と簡単に区別できます (出典 7 より引用)。

典型的なコンドライトを切ると、美しいコンドリュールが現れるだけでなく、酸化されていない鉄の微細粒子も現れ、地球上の岩石と簡単に区別できます。最も一般的な隕石の種類であるコンドライトは、落下する隕石全体の 85% 以上を占め、主に小惑星帯から発生します。このうち、特に普通コンドライトは小惑星から来たものと考えられています。これらの古代隕石は約 45 億年前に形成され、その組成は太陽系の惑星の組成と非常によく似ています。コンドライトは、その比較的古い化学組成が著しく変化していないため、太陽系星雲の形成や惑星進化の初期段階を記録するための重要な媒体となっています。しかし、科学者たちはそこに含まれるより深いメッセージを解読しようとまだ研究を続けています。しかし、コンドライトはそれ以上のことを私たちに教えてくれます。科学者たちはコンドライトの地球化学分析中に、希ガスのヘリウムに関する独自の手がかりを発見した。コンドライトには原始的な希ガスであるヘリウムも含まれていることは注目に値します。これは太陽系の惑星の起源を研究する上で非常に重要です。

異なるサンプルのヘリウム同位体比 (Sano, Y. (2018). ヘリウム同位体。In: White, WM (eds) Encyclopedia of Geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39312-4_205)

ヘリウム同位体の比率 (3He/4He) は、科学者が初期の太陽系物質の起源と分布を追跡し、恒星の進化のプロセスを明らかにし、初期の太陽系の物理的環境条件を調査するのに役立ちます。 3He と 4He はヘリウムの 2 つの安定同位体です。地球上の天然ヘリウムのほとんどは 4He であり、3He はごくわずかしか含まれていません。地球の大気中の3He/4He比は約1.4 x 10*-6です。太陽風と月のサンプルでは、​​3He/4He 比が大幅に高く、4 x 10*-4 に達します。これは、太陽系の原始的なヘリウムがより多く含まれていることを意味します。熱水噴出孔から放出されるヘリウムの 3He/4He 比も比較的高いが、これは主に核内の元々のヘリウムが放出されるためである。さまざまな発生源からのヘリウムの 3He/4He 比の測定は、地球と太陽系の進化を研究したり、マントルのヘリウムの発生源を追跡したり、地熱資源を推定したりするために使用できます。地質学の研究では、3He/4He 比は重要な定量パラメータです。地球上の4Heは主にウランとトリウムのアルファ崩壊によって生成されます。 3He は主に、地球が形成された際の太陽系星雲の元々のヘリウム成分から受け継がれていますが、人工の原子炉から来ている可能性もあります。月や、木星や土星などの未分化ガス惑星のヘリウムの 3He/4He 比は、太陽の本来の比率である約 2x10*-4 に近い。このヘリウムは太陽系の起源にまで遡る太陽系星雲の特徴を保持しています。さまざまな地質構造におけるヘリウムの起源とそれらの 3He/4He 比を理解することは、球状化学と惑星科学の研究にとって非常に重要です。

コンドライトのヘリウム同位体の地球化学的特徴

コンドライトでは 3He と 4He の比率に独特の特徴があり、特にサンプルで検出された 3He/4He 比率は 10*-4 と高く、これは炭素質コンドライトや太陽系の外縁部から来たと考えられるいくつかの天体の比率に似ています。この割合の違いは、原因の背景や発生源領域の特性の違いを反映しており、科学者が初期の太陽系における物質の分布と進化を追跡するのに役立ちます。さらに研究を進めると、コンドライトのヘリウム同位体組成の違いは、惑星形成時の衝突イベントなど、大規模な宇宙イベントにも関係している可能性があることが判明しました。

700グラムのNWA 869隕石。サンプルの切断面と研磨面には球状体と金属片が見られます。 NWA 869 は普通コンドライト (L4-6) です (Wikipedia)

たとえば、高濃度の 3He は、太陽系外で爆発した古代の星の超新星残骸に由来している可能性があります。これらのヘリウム同位体を豊富に含む天体の破片が衝突によって地球や他の惑星系に入ると、この古代の星間物質に関する情報が太陽系内部にもたらされます。コンドライト中のヘリウム同位体を研究することで、科学者は太陽系の形成の初期条件と物質源についてより深く理解できるだけでなく、太陽系の構成要素とその進化の道筋に影響を与える主要な天文現象を明らかにすることにも役立ちます。時間と空間を旅してきたヘリウムの痕跡は古代のコードのようなもので、歴史の長い流れの奥深くに隠された宇宙の過去を垣間見ることができます。これらの貴重な「化石」は、宇宙における生命の起源の謎を探る新たな窓を開いてくれました。

参考文献:

Busemann, H.、Baur, H.、および Wieler, R. (2000)。閉鎖系ステップエッチングにより研究された炭素質コンドライトと普通コンドライトの「相 Q」にある原始的希ガス。隕石学と惑星科学、35(5)、949-973。

ハス、GR、ルイス、RS、ヘムキン、S.（1996）。原始的コンドライト中の「通常の惑星」希ガス成分：組成、キャリア、および変成の歴史。 Geochimica et Cosmochimica Acta、60(17)、3311-3340。

シュルツ、L.、ウェーバー、HW、フランケ、L.（2005）。ルムルティコンドライト: 希ガス、露出年代、ペアリング、および親天体の履歴。隕石学と惑星科学、40(4)、557-571。

https://www.universetoday.com/tag/chondrites/

https://www.britannica.com/science/chondrite

https://www.britannica.com/science/chondrule

http://www.faithfulscience.com/astronomy-and-cosmology/planetary-systems.html

付録：

付録: 隕石の鉱物学的分類

隕石は、太陽系初期の物質の貴重な記録として、宇宙の起源、恒星の進化、地球化学的プロセスなどの主要な科学的問題に対する重要な手がかりを持っています。これらは惑星間空間のさまざまな天体から発生し、数十億年という長い旅を経て時々地球に着陸するため、科学者が深宇宙の謎を探る重要な窓口となります。隕石の分類は主に鉱物組成、構造特性、同位体組成などの要素に基づいて行われます。これらは、大まかにコンドライト、アコンドライト、鉄隕石の 3 つのカテゴリに分類できます。その中で最も一般的なのはコンドライトで、数ミリメートルほどの小さな丸い粒子、つまりコンドリュールを多数含んでいます。これらのコンドリュールの形成過程は、初期の太陽系の高温環境に関する重要な情報を提供します。無コンドライトにはコンドリュールがまったく含まれていないか、ほとんど含まれておらず、火星隕石、月隕石、ベスタ隕石などのように、溶融と地質学的変化を経た母天体の地殻またはマントル物質を表します。鉄隕石は主に金属鉄とニッケルで構成されており、金属を豊富に含む小惑星の中心核の物質の組成を反映しています。さまざまな種類の隕石を徹底的に研究することで、太陽系の誕生と進化の歴史をたどることができるだけでなく、さまざまな惑星の地殻と核の構成、表面プロセス、さらには生命の起源など、多くの分野で未解決の謎を解明することができます。したがって、隕石の分類研究は、天文学と地球科学の交差点であるだけでなく、宇宙に対する人類の理解を継続的に深めるための重要な方法でもあります。

① 炭素質コンドライト：炭素質コンドライトはコンドライトの特殊な種類です。豊富な有機化合物と水、そして高い炭素含有量が特徴です。このタイプの隕石は、初期の太陽系物質の重要な化石記録であり、著しい高温溶融や化学的分化を経ていない最も原始的な天体残骸の 1 つであると考えられています。炭素質コンドライトには、一般的なコンドリュール構造に加えて、ケイ酸塩、酸化鉄、硫化物、および大量の炭素質物質などのさまざまな鉱物も含まれています。これらの炭素質物質には、非晶質炭素、グラファイト、有機分子、さらには生命の基礎を形成するアミノ酸などの複雑な有機化合物が含まれます。さらに、窒素、水素、酸素、硫黄、希ガスなど、さまざまな揮発性元素が含まれていることがよくあります。これらの成分は、太陽系、特に地球上の水と有機物の源を研究する上で非常に重要です。炭素質コンドライトの組成と構造を分析することで、科学者は初期の太陽系星雲の状態、太陽系の小惑星帯における物質の進化、そして生命の前駆体と考えられるものが星間空間から地球に運ばれた経緯に関する貴重な情報を得ることができます。

炭素質コンドライト アジェンデ、炭素質コンドライトは暗い灰色から黒色の写真です

炭素質コンドライト、アジェンデ隕石、4.560-4.568 Ga、炭素質コンドライト-アジェンデ隕石、小さな破片。 (直径 1.4 cm) 炭素質コンドライトは、比較的炭素を多く含む基質を持つ、暗い灰色から黒色のコンドライトです。 1969 年にアジェンデ隕石が落下した際に、気象学者が初めて大型の炭素質コンドライトのサンプルを入手しました。アジェンデ隕石の落下以前は、炭素質コンドライトの物質は非常に稀でした。アジェンデは最も集中的に研究され、最も有名な炭素質コンドライトとなりました。 1969年2月8日午前1時5分に地球に衝突した。分布はメキシコ北部チワワ州南東部のアジェンデの町付近で、南西から北東にかけて分布していることが分かっている。上に示した岩石を覆っている黒い物質は、元々の溶融地殻です。溶融した地殻は、アジェンデの火球が地球の大気圏を通過した際に部分的に溶けた元の岩石破片の外側部分を表しています。薄い灰色の領域は岩石の内部の様子（融合した地殻が崩壊した部分）を示しています。

②普通コンドライト：普通コンドライトは隕石の中で最も一般的な種類で、知られている隕石全体の約85％を占めています。このタイプの隕石は、太陽系の初期に形成され、元の星雲の物質に関する情報を保持している、多数の小さなケイ酸塩鉱物コンドリュールの存在が特徴です。鉄とニッケルの金属含有量が最も低いだけでなく、全体的な化学組成も H グループや L グループよりも劣っています。普通コンドライトを研究することで、科学者は太陽系初期の惑星形成時の物質組成、元素の存在量、同位体比、物理的・化学的条件などについて多くの情報を得ることができます。さらに、普通コンドライトは広く分布しており、簡単に入手できるため、地球や他の惑星の起源を探る重要な窓口として機能します。

普通コンドライト NWA 10114 L5 W1, S2 2380g

③ エンスタタイトコンドライト：エンスタタイトコンドライトは、マグネシウムと鉄のケイ酸塩鉱物であるエンスタタイトを主な鉱物成分とする珍しいタイプのコンドライトです。このタイプの隕石は、エンスタタイトと関連する低カルシウム輝石が豊富で、オリビンなどコンドライトによく見られる他の鉱物が比較的少ないことが特徴です。その化学組成は、金属鉄が豊富で水や揮発性物質がほとんど含まれていなかった原始太陽系星雲の一部である、極めて還元的な環境で形成されたことを反映しています。太陽系の歴史の初期には、エンスタタイトの母天体はおそらく、小惑星帯の内側の非常に乾燥した地域にあった物体の残骸であったと考えられます。これらは、初期の太陽系の状況を研究する上で重要であり、特に水やその他の揮発性物質の源から遠く離れた地域の物質組成を理解する上で重要です。

エンスタタイトコンドライト衝突溶融角礫岩 NWA 6258
④R型コンドライト ルムルティ（R）：比較的珍しいタイプのコンドライトで、その独特の鉱物学的、化学的性質によって他のコンドライトと区別されます。このタイプの隕石は、カルシウム・アルミニウム包有物（CAI）が豊富で鉄含有量が少ないのが特徴で、長石や斜長石などのケイ酸塩鉱物を大量に含み、コンドリュール構造が豊富です。ルムルティ石は、このような隕石のサンプルが初めて発見されたケニアのルムルティ地域にちなんで名付けられました。これらの化学組成と岩石学的特性は、還元環境の産物であるエンスタタイトコンドライトなどとは対照的に、初期の太陽系の比較的酸化的な環境で形成されたことを示しています。 R 型コンドライトは SiO2 含有量が高く、金属と硫化物の割合が低く、コンドリュールと溶融包有物の特殊な組み合わせを持っているため、初期の太陽系物質の進化、小惑星の母天体の分化の歴史、惑星形成の条件を研究するための貴重な情報を提供します。

角質化していない R コンドライト (a) と角質化した R コンドライト (b と c) の顕微鏡写真: (a) 薄片スケールで角質化していない Hammadah al Hamra 119 (R4)。球状体と球状体の破片は細粒のマトリックスに埋め込まれています。 (b) ラムルティの球晶質風化角礫岩 (R3-6)。手の標本は、砕屑性マトリックスに埋め込まれた明るい破片と暗い破片で構成されています。大きな岩片の存在率は約50%である（Schulze et al., 1994）。 (c) ダル・アル・ガニ 013 (R3-6) は、非破砕岩相 (タイプ 3)、さまざまな種類の均衡岩片、および衝突溶融破片で構成されています (図 3 と比較) (引用元: https://www.researchgate.net/figure/Photomicrographs-of-unbrecciated-a-and-brecciated-b-and-cR-chondrites-a-Hammadah_fig1_313549596)

⑤エイコンドライトはコンドライトを含まない珪酸塩隕石です。コンドライトは、他のほとんどのケイ酸塩隕石に含まれる小さな丸い粒子です。エコンドライトは、十分に加熱されて溶け、核、マントル、地殻に分化した小惑星から生成されます。エコンドライトの最大のグループは、ハワード石、ユークライト、ダイオジェナイトであり、これらはおそらく太陽系で 2 番目に大きい小惑星ベスタから来たものと考えられています。アコンドライトには、親小惑星が冷却したときに形成された鉱物であるカンラン石、輝石、長石が含まれています。これにより、小惑星の地質学的プロセスに関する理解が深まります。無球状隕石の化学組成は、球状隕石よりも揮発性元素の含有量が少ないことを示しています。これは、親小惑星が揮発性元素を放出できるほどの高温に加熱されたことを示唆している。エコンドライトは落下する隕石全体の約 8% を占めます。これらは小惑星の地質学と初期の惑星形成過程を研究するための貴重なサンプルです。

アコンドライト: 2009 年 5 月 TKW: 2290 G 個体数の半分: 463 G 非常に新鮮なエンドカット岩石で、滑らかな切断面と滑らかな黒い殻がブロック状に保存されています。クロム鉄鉱の結晶は地球の地殻から伸びています。ペリドット輝石 NWA 5480 と明らかに対になっています。MB 101 レコード: 履歴: 2009 年 5 月、匿名の発見者によってマリのアガラクテムの東で 4 つの隕石が発見されました。物理的説明: ほぼ完全な標本 4 個、合計 2290 g。岩石学: (R. Bartoschewitz、Bart) 捕獲岩質から亜面体の輝石粒子 (約 1 mm) のマトリックス内に、帯状に分布する自面体から亜面体の多結晶オリビン (約 1 mm、平均 0.1 mm) のクラスター (約 50 vol%)。まれに粒間長石を含む。クロム鉄鉱と金属は主に輝石とカンラン石の粒子に含まれています。地球化学: (R. Bartoschewitz、Bart; P. Appel、B. Mader、キール) 輝石 Fs23.8-25.4Wo2.0-4.4、オリビン Fa29.3-30.3、長石 An76-83Ab1-5。クロム鉄鉱Al2O3 = 14.4-15.4、TiO2 = 0.9-1.1、MgO = 4.1-4.8;ニッケル = 0.3-1.1、Co = 0.7-0.9（すべて重量％）。分類: オリビン閃緑岩、S1、非常に新鮮。

より一般的な分類図は次のとおりです。

コンドライト: コンドライト

炭素質：炭素質コンドライト

普通: 普通コンドライト

エンスタタイト：エンスタタイトコンドライト

ルムルティ（R）：R型コンドライト

アコンドライト: アコンドライト

原始的無球状隕石: 原始的無球状隕石

鉄隕石: 鉄隕石

石鉄隕石: 石鉄隕石