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。

マントル / 組成 / 同位体 / 半球構造 / 統計解析 / 独立成分分析 / 水 / 物質循環 / 南太平洋 / カムチャッカ / 不均質構造 / 対流 / カメルーン

全地球に分布する主に第四紀に噴火した玄武岩の組成に基づき、地球内部の不均質構造を調べた。これは人体の血液検査に例えることができる。特に、最近提案された「マントルの東西半球構造」に注目し、（１）半球構造の境界付近の詳細研究、（２）地球全体のデータに関する独立成分分析、（３）水を含むマントル対流シミュレーションを行った。その結果、東半球はより親水成分に富み、かつマントル浅部から内核にいたるまで、超大陸の分布に支配される「Top-down hemispherical dynamics」を介して長波長の大構造を有することが示唆された。

マントル / 希ガス同位体比 / 揮発性元素 / 地球進化 / 物質循環 / 地殻流体物質 / 3He / 4He / 島弧 / 循環物質 / 超塩基性捕獲岩 / 中央海嶺玄武岩(MORB) / 急冷ガラス / インド洋 / 熱水活動 / マントル捕獲岩 / 破砕法 / レーザー加熱 / 大陸地域

本研究では、マントル中の希ガスや揮発性元素の状態を明らかにし、マントル内部での物質循環などを通じてその地球進化との関連を探るため、マントル物質や玄武岩試料などを分析対象として、それらの希ガス同位体比やベリリウム同位体比、元素組成などの測定を行い、以下のような結果を得た。
シベリア地域の10-40Ma程度の噴出年代をもつアルカリ玄武岩中に捕獲されていたレルゾライトから分離されたカンラン石について破砕法および段階加熱法によるガス抽出を試み、^3He/^4Heが大気の値よりも低いものが見いだされた。このことは、大陸下のマントル内に地殻流体物質などの影響が存在する可能性を示唆する。
インド洋・ロドリゲス三重点付近の海溝軸沿い部分から採取されたMORB(中央海嶺玄武岩)の急冷ガラスでは、^<40>Ar/^<36>Arに関してセグメント毎に異なった値を示し、海嶺下での熱水活動などにより数十km程度にもわたって均質化している可能性を示唆した。
北海道-東北日本弧の第四紀火山岩の^<10>Be/^9Be比を、タンデム加速器質量分析計により測定した結果、非島弧地域より明らかに大きい値を示し、島弧火山のマグマ形成に海洋性堆積物が寄与していることを実証した。
また幌満カンラン岩中の金雲母に対しては、そのAr同位体比と量との関係から、その形成には海水ないし地下水が関与していることを明らかにした。
これらの研究を通じて、地殻物質や地表水などがさまざまな形でマントル内へ影響を与えていることを明かにし、マントル進化に関しての物質循環の重要性を示した。

【研究分担者】
横山哲也	東京工業大学	理工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
中村仁美	国立研究開発法人海洋研究開発機構	地球内部物質循環研究分野	研究員	(Kakenデータベース)
石塚治	国立研究開発法人産業技術総合研究所	活断層・火山研究部門	主任研究員	(Kakenデータベース)
吉田晶樹	国立研究開発法人海洋研究開発機構	地球深部ダイナミクス研究分野	主任研究員	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
羽生毅	国立研究開発法人海洋研究開発機構	地球内部物質循環研究分野	主任研究員	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
Tatiana Churikova
Boris Gordeychik
Asobo Asaah
Festus T. Aka
清水健二
西澤達治
小澤恭弘

【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)