[論文レビュー] SWIR Investigation of sites of astrobiological interest

A. J. Brown, Malcolm R. Walter+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2014

Geochemistry and Geologic Mapping参考文献 58被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、PIMA機器を用いた短波長赤外（SWIR）分光法が、生命の存在が期待される火星類似環境において、地上で直接測定する鉱物学的分析に有効であることを示している。オーストラリア西部の古生代のストレルリー・プール・チアートにおいて、SWIRは炭酸塩鉱物（カルシウムマグネシウム炭酸塩）、ミカ、クロライト、ピロフィリットを検出しており、過去の熱水活動および酸性で硫黄を豊富に含む環境を示している。これは火星の類縁環境を評価し、将来の火星車両ミッションの計画に役立てる上で重要である。

ABSTRACT

Rover missions to the rocky bodies of the Solar System and especially to Mars require light- weight, portable instruments that use minimal power, require no sample preparation, and provide suitably diagnostic mineralogical information to an Earth-based exploration team. Short-wave infrared (SWIR) spectroscopic instruments such as the Portable Infrared Mineral Analyser (PIMA, Integrated Spectronics Pty Ltd., Baulkham Hills, NSW, Australia) fulfill all these requirements. We describe an investigation of a possible Mars analogue site using a PIMA instrument. A survey was carried out on the Strelley Pool Chert, an outcrop of stro- matolitic, silicified Archean carbonate and clastic succession in the Pilbara Craton, interpreted as being modified by hydrothermal processes. The results of this study demonstrate the ca- pability of SWIR techniques to add significantly to the geological interpretation of such hy- drothermally altered outcrops. Minerals identified include dolomite, white micas such as il- lite-muscovite, and chlorite. In addition, the detection of pyrophyllite in a bleached and altered unit directly beneath the succession suggests acidic, sulfur-rich hydrothermal activity may have interacted with the silicified sediments of the Strelley Pool Chert.

研究の動機と目的

• 地球の生命の存在が期待される地点における、ポータブルSWIR分光法の現地での鉱物分析への応用可能性を評価すること。
• SWIRが古代のケイ酸塩に珪酸化された堆積岩に、熱水変質の鉱物的痕跡を検出できるかどうかを評価すること。
• 火星探査に関連する過去の熱水活動の証拠となる診断的鉱物を同定すること。
• 将来の惑星探査車両用に、軽量で低消費電力の機器開発を支援すること。
• 地球現地チームが宇宙探査ミッションのデータを解釈する際に、SWIR手法が診断的ツールとして有効であるかどうかを検証すること。

提案手法

• ポータブル短波長赤外（SWIR）分光計（PIMA）を用いて、ストレルリー・プール・チアートの露頭から現地で分光データを収集した。
• 1000–2500 nmの波長範囲における特徴的な吸収ピークに基づいて、鉱物相を同定した。
• 既知の分光ライブラリと現場での岩石の組織および変質パターンの観察を用いて、鉱物同定を検証した。
• 試料の前処理なしに野外環境で機器を運用し、惑星探査車両の条件を模倣した。
• ストラトバイト堆積層の下にある熱水変質を受けていた地層からデータを収集し、鉱物的変化を評価した。
• フィロスケイスト（例：ミカ、クロライト）およびアルミノケイ酸塩（例：ピロフィリット）に関連する分光特徴を特に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SWIR分光法は、古代の珪酸塩に珪酸化された堆積岩に、熱水活動の鉱物的指標を検出できるか？
• RQ2 ストレルリー・プール・チアートに存在する鉱物集合は何か？ それらは過去の熱水的環境をどのように示しているか？
• RQ3 試料の前処理なしに、軽量でポータブルなSWIR機器（PIMA）が、宇宙生物学的関連鉱物を効果的に同定できるか？
• RQ4 SWIRデータは、火星類縁環境における熱水変質露頭の地質的解釈をどのように向上させるか？
• RQ5 SWIRは、古生代の堆積層に存在する酸性で硫黄を豊富に含む熱水系の証拠をどのように提供するか？

主な発見

• ストレルリー・プール・チアートにドロマイトが同定され、炭酸塩を豊富に含む、おそらくアルカリ性の熱水的環境を示している。
• イリット・ムスコビットなどの白色ミカが検出され、低温の変質プロセスを示している。
• クロライトが同定され、ケイ酸塩鉱物の中程度の温度での熱水変質に一致している。
• ピロフィリットは、主な堆積層の下にある白化した変質帯で検出され、酸性でアルミニウムおよびケイ酸が豊富な熱水流を示している。
• ピロフィリットの存在は、ケイ酸化された堆積物と反応する、硫黄を豊富に含みpHが低い熱水的活動を支持している。
• SWIR分光法は、試料の前処理なしに現地で主要な鉱物相を効果的に同定でき、惑星探査への応用可能性が裏付けられた。