【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】16H04071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 噴火 / マグマ / マントル / 防災

【研究成果の概要】

東北本州弧～千島弧の代表的な活火山を対象にマグマ生成率を推定するため、火山岩の物質科学的解析と同地域の地殻～マントルを対象とした地震学的解析の融合的研究を行った。その結果、物質科学的研究では活火山下のマグマ生成深度におけるマントルの温度や流体量についての情報が蓄積され、一方で地震学的研究では東北本州弧～千島弧における広域的な地下構造や活火山下の局所的な地下構造について、より高解像度の情報が得られた。両手法を融合することにより、沈みこむ太平洋プレートから放出されたスラブ流体の経路などの推定を行うことができたが、マグマ生成率の推定については研究期間内では終了せず、今後引き続き行うこととなった。

【研究の社会的意義】

本研究において、東北本州弧～千島弧におけるマントル温度構造のリファレンスモデルを提供する準備を整えることができた。このモデルはウェッジマントルの対流モデルの検証や物質循環モデルの構築に役立てることができる。さらに沈み込み帯の研究において残された最重要課題の一つである、ウェッジマントルにおけるスラブ流体の移動経路や移動速度について、重要な制約を得ることができた。また、残念ながら研究期間内では達成することができなかったものの、各活火山で推定されるであろうマグマ生成率は、過去の経験に基づく手法では予測できないケースについても対応できる、中長期的な噴火活動予測の新しい指標として役立てることができる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】25287144 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水循環 / 火山 / マントル / マグマ / マントル遷移層 / 停滞スラブ / 岩石・鉱物・鉱床学 / 地球化学

【研究成果の概要】

中国北東部下のマントル遷移層は水に富んでおり、また同地域の火成活動が遷移層起源のマントル上昇流に起因することが地球物理学的観測によって明らかにされている。そこで本研究では、マントル遷移層の含水量を推定するため、中国北東部の火山岩を対象に岩石学的・地球化学的解析を行った。その結果、ソースマントルの含水量は350 ppm以上であると推定され、通常の上部マントルの含水量（約120 ppm）よりも有意に高いことが明らかとなった。またマントル遷移層の含水量として、予察的ではあるが0.7 wt.%との推定結果が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】18740268 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震波速度構造 / トモグラフィ / 上昇流 / 異方性構造 / マントル上昇流 / スラブ / 火山 / 地震波トモグラフィー / 沈み込み帯 / マントル

【研究成果の概要】

地震波速度トモグラフィ法により、日本列島下の地震波速度構造を推定した。その結果、太平洋プレートの沈み込みによって生じた上昇流であると解釈される低速度領域が上部マントルにイメージングされた。一方、上昇流の流れの方向を反映している異方性構造を推定した結果、異方性の向きは太平洋プレートの沈み込み方向にほぼ平行であることが明らかになった。これらの結果は、海洋性プレートの沈み込みによってマントル対流が生じていることを示す重要な地震学的観測事実である。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】2,050千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 150千円)

【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】11304040 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 火山ガス / 揮発性物質 / 流体包有物 / 二酸化炭素 / ラマンスペクトル / ガスクロマトグラフ / 顕微分光分析 / 拡散放出 / マントル / 気泡 / 噴火 / ラマン分光 / マグマ / 同位体 / ガス分析 / 流体

【研究成果の概要】

火山活動を理解するうえで揮発性物質の挙動が重要であることは従来から指摘されており、本研究では、マグマ中に溶け込んでいる揮発性物質が火山ガスとして地表に現われるまでの化学的な過程を明らかにし、火山噴火や火山活動のメカニズムの解明に貢献した。これまでの火山ガスの研究は、火山ガスの分析と発泡現象を直接結ぶ研究が欠落しており、起源を論ずる上でネックとなっていた。そこで本研究では次の3項目に取り組み実験火山ガス学の確立を目論んだ。すなわち、(1)マグマ中に微小なバブルが発生し生長する過程の高圧実験で再現、(2)岩石中の微小流体分析のための顕微分光法の確立、(3)モデル実験を検証するために必要な火山ガスデータ現場分析法の改善、の3項目である。まず、(1)ついては、他機関の高圧発生装置を借用して、ケイ酸塩メルトに過飽和なガスを発泡させる実験をくり返し、様々な条件下での試料の作成が可能になった。(2)については、高感度顕微ラマン分光システムの開発を主に行なった。この装置を使って多くの成果を出すことができたが、マントル捕獲岩中の微小流体包有物の二酸化炭素のラマンスペクトルから残留圧力を求めることに成功したことは特筆に値する。(3)については、高速小型ガスクロマトグラフ分析計を用いて火山ガス放出現場で直接分析する技術を開発し、火山ガス組成の現場分析の向上を計ることができ、さらに火山体土壌を通して拡散放出する火山ガスの分析から、噴火予知に役立つ多くの成果を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】38,210千円 (直接経費: 37,400千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】09304052 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マグマ / 玄武岩マグマ / マントルプルーム / ホットスポット / ハワイ / マントルダイナミクス / ポテンシャル温度 / プルーム / 玄武岩 / マントル / 地球ダイナミクス / 火山 / 地球 / 洪水玄武岩 / 超高圧

【研究成果の概要】

代表者の高橋は平成12年度より5年間の予定で申請した特別推進研究「ホットスポットの起源」が採択されたことにより、研究専念義務に抵触することから基盤研究A「地球物質大循環と玄武岩マグマの生成」については研究そのものを辞退することを余儀なくされた。したがって以下に述べる研究成果の概要は特別推進研究が決定した平成12年7月までのものである。
基盤研究A(地球物質大循環と玄武岩マグマの起源:1998-2000年度 代表者 高橋栄一)で、ハワイオアフ島のコーラウ火山の成長史をフィールド調査と巨大山体崩壊(ヌーアヌ地すべり)により深海底に露出した部分への潜水調査によって研究した。その研究成果は2000年6月日米の研究者50人を集めた東京シンポジよって明らかになった最も重要な点は、一つのハワイ楯状火山(コーラウ)がキラウエア型、マウナロア型を経て最終的にコーラウ型のマグマ組成に至る複雑な成長史を持つことをはじめて明らかにした点である。火山成長史と高温高圧融解実験に基づき我々は新たなハワイマントルプルームモデルを提案した。我々のモデルではマグマを発生するプルームの温度が従来の推定値より200℃も低温である。プルームの推定温度に大きな差が出る理由は、マグマを生成する物質が従来のモデルではペリドタイト、我々のモデルでは主としてエクロジャイトと仮定しているためである。従来のモデルに従って高いプルーム温度を仮定すると海洋地殻成分は深さ200km付近で融解を開始しハワイプルーム頂上部に達するまでに周囲のペリドタイトと完全に均質化してコーラウ型のSiO2に富むマグマを生成することはあり得ない。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】40,500千円 (直接経費: 40,500千円)