Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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

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。

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。

物質循環 / 物質進化 / 希ガス同位体比 / Ar-Ar年代測定 / マントル捕獲岩 / 流体包有物 / ラマン分光測定 / 海洋島 / 希ガス / 同位体比 / 生成深度 / イオンマイクロプローブ / ジルコン / 同位対比 / ハワイ島 / レユニオン島 / モーリシャス島 / 玄武岩 / ホット・スポット / プルーム / 地殻 / シベリア大陸 / 10Be / 海洋堆積物

本研究は地殻からマントル深部にわたる物質循環の様相を希ガス同位体比、Ar-Ar年代測定、その他の手法を用いて明らかにして、物質進化に関しての新しい知見を得ることを目的として行い、以下のような結果を得た。
シベリア、シホテリアン地域からのマントル捕獲岩から、大気の値より低い3He/4He比を示すものが見いだされた。それらのカンラン石中などに流体包有物として存在するCO2に対するラマン分光測定結果から、流体がトラップされた圧力を推定する方法を開発し、それらは圧力として0.96〜1.04Gpaで地下約30kmに相当する深さでトラップされたことを明らかにした。このことから、この地域の大陸下マントルでは、古い時代に沈み込んだ地殻物質の影響として低い3He/4He比を示し、微量元素などの存在度にも影響を与えていることが予想された。また幌満カンラン岩複合岩体中の金雲母に対して実施した40Ar-39Ar年代測定は約21Maの形成年代と過剰40Arの存在を示し、金雲母が形成された環境は地下深部で地下水などの影響を受け二次的に生成されたことを示唆した。一方、ハワイのロイヒ火山などの海底部から、深海潜行艇を用いて採取されたガラス試料に対して希ガス同位体測定を行ったが、斑晶のカンラン石中の包有物中でも、海洋地殻付近からの影響が示唆されるもののあることを示す結果を得た。さらにレユニオン島、モーリシャス島の火山岩試料の希ガス同位体比測定から、レユニオン島、1Maより古いモーリシャス島の火山岩は12〜14Raの3He/4He比を示すが、1Maより若いモーリシャス島の火山岩は8Raに近い3He/4He比を示した。この傾向は、海洋島の発達段階に対応すると考えられる。

【研究分担者】
三浦弥生	東京大学	地震研究所	助手	(Kakenデータベース)
瀧上豊	関東学園大学	法学部	教授	(Kakenデータベース)