【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】16H04079 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

炭素 / 同位体 / 流体包有物 / 沈み込み帯 / マントルウェッジ / 放射年代 / 炭素同位体比 / 二酸化炭素 / ラマン分光 / マントル捕獲岩 / 炭素同位体 / ラマン分光分析 / 分光分析

【研究成果の概要】

本研究では，革新的な分光学的手法を導入することにより，マントルウェッジに存在する炭素の起源の特定をめざした．マントルウェッジは沈み込んだ海洋プレートからもたらされる流体の通り道として常に議論の舞台となっている．物理的観測によって流体の存在が間接的に推察されつつあるが，その流体の実体や分布，起源などを論じるにはマントルウェッジを直接かつ精細に調べることが有用であろう．そこで本研究では，２ｍの焦点距離を持つ分光器を導入し，マントルウェッジ由来の捕獲岩に見られる二酸化炭素を含む流体包有物にも適用できる，高い空間分解能と波数分解能を持つ顕微分光炭素同位体分析法を確立した．

【研究の社会的意義】

分光装置を用いた同位体分析法は吸光分析では既に実用化されているが，顕微ラマン分光分析を適用できれば，ナノメートルサイズの物質でも分子振動情報を得ることができる．この特性を利用し，サブミクロンサイズの領域に濃縮固化させた炭素や酸素，硫黄，窒素等の同位体分析にも波及する可能性が考えられる．本研究により，液体二酸化炭素の炭素同位体分析は実用段階に達したが，固体試料や炭素以外の元素への適用には何段階かの工夫が必要である．しかし，この手法の開発に成功すれば，レーザー掘削等で回収した局所物質の同位体分析が可能になるため，環境科学分野全体に浸透していくであろう．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】25287139 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

流体包有物 / マントル捕獲岩 / 地質圧力計 / ラマン分光分析 / 二酸化炭素 / 波数分解能

【研究成果の概要】

本課題では,捕獲岩が由来した深度を100mオーダーの解像度で決定できる地質圧力計の開発を目指した. リソスフェアは地球深部からもたらされる温度や流体の通り道として常に議論の舞台となっている.物理的観測によってその物質構造や流体の存在が間接的に推察されつつあるが,その検証や流体の実体,分布などを論じるには岩石構造を直接かつ精細に調べることが有用であろう.そこで我々は,捕獲岩に見られる流体包有物の残留圧力を利用し,捕獲岩の由来深度を精密に読み取ることにより,100mオーダーの解像度でリソスフェアの岩石構造を描き出すことに成功した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】24340134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

沈み込み帯 / 水流体 / マグマ / 海水 / 塩水 / 二酸化炭素 / 元素分配 / 高温高圧実験 / スラブ / マントルウェッジ / 流体包有物 / 放射光蛍光X線 / 塩濃度 / 水 / 分配係数 / 火山 / 温泉 / 蛇紋石 / マントル捕獲岩 / マントル交代作用 / 超臨界流体 / 堆積岩

【研究成果の概要】

1) 東北日本弧一ノ目潟火山のレルゾライト捕獲岩には、炭酸塩鉱物と塩水からなる流体包有物が存在し、塩水は3.7±0.8%の塩濃度を持つ。2) マグマと水流体の間の微量成分元素分配のその場観察実験を行った。火山弧の下で海洋プレートからマントルウェッジに加わる超臨界流体は塩素を含み、上昇過程で塩水とメルトに分離することで島弧玄武岩の化学的特徴を説明する仮説を提案した。3) マントルウェッジに塩水をどう運ぶかに制約条件を与えるために、スラブを構成する高圧変成岩中の流体包有物を研究対象とした。特に、蛇紋岩メランジュに含まれるヒスイ輝石岩に注目し、複数の変成帯の岩石中に塩水を含む流体包有物を発見した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】地球システム変動

【研究領域課題番号】20606002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

原生代 / 温室効果 / 脱炭酸反応 / 下部地殻 / 環境変動 / 地質学 / 二酸化炭素 / 地殻流体 / 流体包有物 / ジルコン / グラニュライト / 超高温変成岩

【研究成果の概要】

南インド・ケララ州と北米アディロンダック山地の下部地殻岩について,地質調査,薄片観察・記載を行なった。各試料についてCO_2流体包有物が,ざくろ石やジルコンなどの鉱物に包有されていることが明らかになった。地球史を通した岩石圏CO_2循環と表層環境を結合した数値モデルを構築し,原生代の脱炭酸イベントが表層気温に与えた影響を議論した。沈み込み帯のCO_2の挙動を議論するために,沈み込み帯の温度構造推定に関する新たな手法を開発した。以上の成果を,学会発表(6件)と論文(13件)で発表した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【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】資源開発工学

【研究領域課題番号】10041134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

極東ロシア / シホテアリン地域 / ムノゴベルシンノエ鉱床 / 大陸型金鉱床 / 鉱脈鉱床 / 流体包有物 / 二酸化炭素 / 沿海州 / シホテアリン / 環日本海 / 花崗岩質岩石 / 火成作用 / 鉱化作用 / 金鉱床 / 生成年代 / ハロゲン / 鉱床

【研究成果の概要】

ロシア極東のシホテアリン地域には、白亜紀-古第三紀の珪長質火成岩類が広く分布し、これに伴って様々な金属鉱化作用が見られる。中でも、この地域北端のムノゴベルシンノエ鉱床は、熱水性の含金鉱脈鉱床であり、鉱床学的にも資源的にも重要である。この鉱床の生成にかかる石英中の流体包有物の産状と性状を調査した。
その結果、次のような事実が明らかになった。
1)気液3相からなる流体包有物が金鉱床を生成した鉱化流体の性質を反映しているものと推定される。
2)鏡下での性質から、流体包有物は、気相二酸化炭素、液相二酸化炭素、塩水溶液からなると推定される。
3)室温近傍で加熱すると、気相が収縮し、液相二酸化炭素に均質化する。その温度は28.3～30.1℃であった。
4)冷却すると塩水溶液は凍結し、加熱により氷点下で溶融する。その温度は-3.4～-2.6℃であった。すなわち、包有流体のNaCl相当塩濃度は約5～4wt%に相当する。
5)冷却に際して、二酸化炭素の水和物が生成し、氷点下で塩水溶液が溶融した後も、氷点上まで残存する。この水和物は最終的に+7.7～+9.2℃で消失した。
6)高温度にまで加熱すると、均質化する前に多くの包有流体が漏出し、また包有物自体が爆散することが多い。
7)いくつかの流体包有物では、265～320℃で、気相が液相に均質化した。
8)娘鉱物として固相を含むような高塩濃度流体包有物は認められない。
流体包有物のこのような性質は、本邦の北上型金鉱床産石英中の流体包有物の性質とよく類似しており、両鉱床の生成環境の類似性を暗示し、一部が日本のかつて大陸と地続きであり、その後漂移したとする考え方を支持する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】10,100千円 (直接経費: 10,100千円)