Recovery of high-resolution paleomagnetic intensity records from marine sediments in a reduced condition

• Project/Area Number: 19H01997
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山崎 俊嗣 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (80344125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 裕二 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (00452699) ; 臼井 洋一 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (20609862) ; 中村 教博 東北学院大学, 高等教育開発室, 教授 (80302248)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
• Keywords: 古地磁気学 / 岩石磁気学 / 初期続成 / 赤鉄鉱 / 還元続成作用 / 珪酸塩包有磁性鉱物 / 古地磁気強度 / 古地磁気 / 岩石磁気 / 還元続成 / 海底堆積物 / 初期続成過程 / 初期続成作用 / 生物源磁鉄鉱 / 酸化還元境界

Outline of Research at the Start

海底堆積物では鉄還元境界以深では磁性鉱物の溶解が起きるため、還元環境の堆積物は過去の地磁気変動復元の研究の対象外とされてきた。一方、珪酸塩鉱物中に包有された磁性鉱物の存在が最近注目され、これらはホスト鉱物の保護により溶解を免れるため、古地磁気記録を担い得ると考えられる。本研究は、還元環境の堆積物においても磁性鉱物包有物が相対古地磁気強度の情報を保持している可能性を、ピストンコアとIODP掘削コアを用いて検証することを目的とする。成功すれば、堆積速度が大きい故に海底下浅部で鉄還元境界に達し磁性鉱物の溶解が起きている堆積物から、高解像度の、また古い時代の古地磁気強度変動を求めることが可能となる。

Outline of Annual Research Achievements

オントン・ジャワ海台から採取された堆積物コアの約６ｍ以深では、初期続成過程において磁鉄鉱の溶解が起きていて、元々の自然残留磁化強度の90%以上が失われているが、それでも古地磁気記録がある程度は保存されている。昨年度までの研究により、そこでは珪酸塩に包有された磁鉄鉱が還元溶解を免れ、残っている磁化の約半分（飽和等温残留磁化で比較した場合）を担っていることが明らかとなっていた。今年度は、残り約半分の磁化を何が担っているのかを明らかにするため、３軸等温残留磁化の段階熱消磁実験、等温残留磁化の成分解析、磁性鉱物の電子顕微鏡観察等を行った。その結果、赤鉄鉱が還元溶解を免れて残存していることが判明した。磁鉄鉱を包有する珪酸塩鉱物の平均的粒径や、包有されている磁鉄鉱の持つ磁化の大きさから、珪酸塩に包有された磁鉄鉱は堆積残留磁化を効率的に獲得できないと推定され、磁鉄鉱の還元溶解を受けた堆積物においては、古地磁気記録を担っているのは赤鉄鉱であると結論した。
一方、南海トラフ堆積物においては、堆積速度が大きく有機物の供給も多いにもかかわらず、磁性鉱物の還元溶解は起きていないことが判明した。この事実と、得られた過去約４万年の相対古地磁気強度変動記録を論文として出版した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Geomagnetic relative paleointensity and direction during the last 40,000 years obtained from a sediment core in the Nankai Trough (2024)
  • Author(s): Goto, R., Yamazaki, T., Okutsu, N., Ashi, J.
  • Journal Title: Earth Planets Space Volume: 76 Issue: 1 Pages: 4-4
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01945-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Understanding the Role of Biogenic Magnetite in Geomagnetic Paleointensity Recording: Insights From Ontong Java Plateau Sediments (2022)
  • Author(s): Li Jiaxi、Yamazaki Toshitsugu、Usui Yoichi、Sagawa Takuya、Kubota Yoshimi、Kuroda Junichiro
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 127 Issue: 6
  • DOI: 10.1029/2022jb024387
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of Magnetofossils on Paleointensity Estimations Inferred From Principal Component Analyses of First‐Order Reversal Curve Diagrams for Sediments From the Western Equatorial Pacific (2021)
  • Author(s): Inoue Kosuke、Yamazaki Toshitsugu、Usui Yoichi
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 22 Issue: 10
  • DOI: 10.1029/2021gc010081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reductive dissolution of biogenic magnetite (2020)
  • Author(s): Yamazaki Toshitsugu
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01290-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 還元続成作用を受けた堆積物における珪酸塩包有磁性鉱物の古地磁気記録への寄与 (2023)
  • Author(s): 李嘉熙・山崎俊嗣・佐藤雅彦・黒田潤一郎
  • Organizer: 令和４年度高知大学海洋コア総合研究センター共同利用・共同研究成果発表会
• [Presentation] Magnetic mineral assemblages of a marine sediment core subjected to reductive diagenesis and their contributions to paleomagnetic signals (2023)
  • Author(s): 李嘉熙・山崎俊嗣・佐藤雅彦・黒田潤一郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Different contributions to paleomagnetic signals subjected to diagenesis: Overlooked hematite vs. overstated magnetic inclusions (2023)
  • Author(s): 李嘉熙, 山崎俊嗣, 佐藤雅彦, 黒田潤一郎
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第154回総会・講演会
• [Presentation] 西太平洋赤道域IODP Expedition 363 の深海底堆積物の約900～1800 万年前の古地 磁気層序と相対古地磁気強度 (2023)
  • Author(s): 熊谷祐穂・中村教博・山崎俊嗣
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第154回総会・講演会
• [Presentation] Understanding of the role of silicate-hosted magnetic-mineral inclusions in paleomagnetic recording in sediments subjected to reductive diagenesis. (2022)
  • Author(s): 李嘉熙、山崎俊嗣
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Unmixing magnetic mineral assemblages of a western equatorial Pacific sediment core subjected to reductive diagenesis. (2022)
  • Author(s): 李嘉熙, 山崎俊嗣, 佐藤雅彦, 黒田潤一郎
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第152回総会・講演会
• [Presentation] Contribution of Silicate-hosted Magnetic Inclusions to Paleomagnetic Signals in Sediments Subjected to Reductive Diagenesis. (2022)
  • Author(s): Li, J., Yamazaki, T., Sato, M., Kuroda, J.
  • Organizer: 2022 AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 相対古地磁気強度推定の高度化への取り組み：南東太平洋チリ沖コアの例 (2022)
  • Author(s): 山崎俊嗣、李嘉熙、下野貴也
  • Organizer: 令和３年度高知大学海洋コア総合研究センター 共同利用・共同研究成果発表会
• [Presentation] Analysis of magnetic mineral composition of a sediment core taken from the Ontong-Java Plateau and its implications to relative paleointensity estimations (2021)
  • Author(s): 李嘉熙、山崎俊嗣、臼井洋一、佐川拓也、黒田潤一郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Influence of biogenic magnetite on paleointensity estimations inferred from FORC-PCA of sediments from the western equatorial Pacific (2021)
  • Author(s): 井上耕輔、山崎俊嗣、臼井洋一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] 南海トラフ堆積物を用いた相対古地磁気強度(RPI)推定：生物源マグネタイトが少ない堆積物の方がRPI研究に適している？ (2021)
  • Author(s): 山崎俊嗣、後藤滝弥、井上耕輔、李嘉熙
  • Organizer: 2021年地磁気・古地磁気・岩石磁気「夏の学校」
• [Presentation] Analysis of magnetic mineral composition of a central North Pacific sediment core and its implications to RPI estimations (2021)
  • Author(s): 李嘉熙、山崎俊嗣、臼井洋一
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会・講演会
• [Presentation] Paleomagnetism of a Sediment Core Taken from the Ontong-Java Plateau: for Better Understanding of the Role of Biogenic Magnetite in Geomagnetic Paleointensity Recording (2021)
  • Author(s): Li, J., Yamazaki, T., Usui, Y., Sagawa, T., Kuboda, Y., Kuroda, J.
  • Organizer: 2021 AGU Fall meeting
• [Presentation] 南海トラフ堆積物コアに記録された過去 4万年間の古地磁気永年変動 (2021)
  • Author(s): 後藤滝弥 ，山崎俊嗣，奥津 なつみ、芦 寿一郎
  • Organizer: 令和２年度高知大学海洋コア総合研究センター共同利用・共同研究成果発表会
• [Presentation] Paleomagnetism of a sediment core taken from the Ontong-Java Plateau: for better understanding of the role of biogenic magnetite in geomagnetic paleointensity recording (2021)
  • Author(s): Li, J., Yamazaki, T., Sagawa, T., Kuroda, J., Usui, Y.
  • Organizer: 令和２年度高知大学海洋コア総合研究センター共同利用・共同研究成果発表会
• [Presentation] Reductive dissolution of magnetofossils (2020)
  • Author(s): Yamazaki, T.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Paleomagnetism of sediment cores taken from the Ontong-Java plateau: for better understanding of the role of biogenic magnetite in geomagnetic paleointensity recording (2020)
  • Author(s): Li, J., Yamazaki, T.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 南海トラフ堆積物コアを用いた過去３万年間の古地磁気永年変動と岩石磁気に関する研究 (2020)
  • Author(s): 後藤滝弥・山崎俊嗣・奥津なつみ・芦寿一郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] タービダイトが挟在する海底堆積物コアを用いた過去3万5000年間の古地磁気永年変動と相対古地磁気強度の復元：南海トラフ熊野沖の例 (2020)
  • Author(s): 後藤滝弥・山崎俊嗣・奥津なつみ・芦寿一郎
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第148回総会・講演会
• [Presentation] Contribution of biogenic magnetite on natural remanence magnetization in deep-sea sediments (2020)
  • Author(s): 井上耕輔・山崎俊嗣
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第148回総会・講演会
• [Presentation] Paleomagnetism of sediment cores taken from the Ontong-Java plateau (2020)
  • Author(s): 李嘉熙・山崎俊嗣・佐川拓也・黒田潤一郎
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第148回総会・講演会
• [Presentation] 南東太平洋及び南大洋堆積物についての古地磁気・岩石磁気研究ターゲット (2019)
  • Author(s): 山崎俊嗣
  • Organizer: 東京大学大気海洋研究所共同利用研究集会「白鳳丸30周年記念世界一周航海（HEAW30）へ向けた研究戦略会議」
• [Presentation] Magnetofossil dissolution in the process of reduction diagenesis (2019)
  • Author(s): 山崎俊嗣
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 地磁気・古地磁気・岩石磁気分科会「夏の学校」