【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15KK0150 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

希ガス / ハロゲン / 水 / マントル / 沈み込み / 質量分析 / 物質循環 / 流体包有物 / メルト包有物 / 同位体

【研究成果の概要】

本研究は、地球表層を構成する海洋プレートがマントルへと沈み込んでいく際に、プレート中のどのような物質がマントルへと水やハロゲン・希ガスといった揮発性の高い物質を持ち込んでいるかを明らかにするために、火山活動によって地表にもたらされたマントル物質であるかんらん岩や、上昇するマグマ中で早期に晶出して深部のマグマの情報を残しているかんらん石の斑晶について、中性子照射と超高感度希ガス質量分析計を用いた希ガス・ハロゲン分析を行った。その結果沈み込み帯直下のマントルには、大気（海水）由来の希ガスや、深海底堆積物中の間隙水や海洋地殻に由来するハロゲンが注入されていることが明らかになった。

【研究の社会的意義】

日本に代表される沈み込み帯における活発な火山活動の源であるマグマは、直下のマントルに沈み込んだ海洋プレートから放出される、水をはじめとした揮発性成分がマントルの融点を下げたために生じることは分かっていたが、具体的にプレート中の何が水を運んでいるかは、天然試料の分析からは明らかになっていなかった。本研究は希ガスとハロゲンを手がかりに、沈み込むプレート中に形成した蛇紋石や、深海底堆積物と海洋地殻中の含水鉱物が水の運び手であることを明らかにし、また火山活動に伴い希ガスが水とともに地表へと戻っている一方で、ハロゲンの一部は水を失ったプレートとともに、より深部のマントルに沈み込んでいる可能性を示した。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)

【研究期間】2016 - 2019

【配分額】13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】26287139 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハロゲン / 希ガス / 水 / 沈み込み / マントル / スラブ流体 / 質量分析 / 中性子照射

【研究成果の概要】

原子炉を用いた中性子照射による同位体変換と、超高感度希ガス質量分析を組み合わせて、沈み込み帯のマントルかんらん岩、大陸下マントルかんらん岩、過去に沈み込んだスラブ物質、そしてダイヤモンドについて、希ガスとハロゲン及びその他の元素（Ca、K、Ba、U）の多元素同時分析を行った。その結果をもとに、沈み込む直前のプレートの屈曲に伴う、堆積物中間隙水のマントル最上部への侵入と蛇紋石形成が重要な役割を果たしているとする、新たな水の沈み込みモデルを提案した。またプレートの沈み込みの影響が現在は及んでいない大陸下マントルにも、かつて沈み込んだハロゲンや希ガスの影響が残されていることを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】23340169 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハロゲン / 希ガス / 沈み込み / スラブ流体 / 質量分析 / 中性子照射 / マントル / 水 / 顕微分光分析 / レーザーICP質量分析 / 顕微ラマン分光

【研究成果の概要】

中性子照射による核変換と超高感度希ガス質量分析技術を応用した、極微量ハロゲンと希ガスの多元素同時分析手法を開発し、沈み込み帯のマントルかんらん岩、過去に沈み込んだスラブ物質、そして変質した海洋地殻と堆積物を分析した。沈み込み帯のマントルかんらん岩捕獲岩には、四国・三波川帯のマントルかんらん岩や蛇紋岩と同様にヨウ素に富む、堆積物中の間隙水とよく似たハロゲンと希ガスが含まれていた。三波川帯のエクロジャイトや変泥質岩にはこれらに加え、変質した海洋地殻に特徴的な、塩素に富むハロゲン成分も含まれていた。これらは沈み込んだハロゲンと希ガスの影響が、マントルウェッジの広範に及んでいることを示している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)

【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】14654096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

流体包有物 / 炭素同位体比 / マントル / 質量分析 / マントル捕獲岩

【研究成果の概要】

これまでのところマントルの炭素同位体組成は一定と考えられているが、それを確かめなくてはいけない。炭素は地球表層からおそらくコアまで普遍的に分布する元素であるが、全地球の同位体分布を改めて見直したい、というのが本研究のねらいである。そのためには微少量のマントル流体を対象に、技術的な試行錯誤を繰り返しながら研究を進めることが本研究の目的である。昨年度は測定に用いる予定のマントル捕獲岩の採集を中国大陸において行った。
試料採集後、直ちに行った顕微鏡による薄片観察、ならびに顕微ラマンスペクトルの測定によって、採集したスピネルレルゾライトには炭酸ガスを主成分とする流体包有物が含まれることが明らかになった
昨年度末から今年度にかけて、マントル捕獲岩の希ガス同位体測定にすでに実績のあるクラッシャー(破砕機)を製作した。本装置を研究室に既存のGC-C-MSに取り付け、破砕によって生じるガスの組成を求めたうえで、炭素同位体比を測定した。本装置はハンマーで衝撃を与え、試料を破砕する装置である。マントル捕獲岩を試料として、実験を行ったところ、1グラムほどの試料から二酸化炭素の同位体組成を測定することができた。また、同時にメタンも試料中から検出され、二酸化炭素とは異なる同位体組成を持つことが明らかになった。本研究の過程で、新しいアイディアに基づく二酸化炭素同位体比非破壊分析の着想を持つことができた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)