Magma formation processes investigated using melt inclusions

• Project/Area Number: 20H02011
• 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: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: HANYU Takeshi 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), グループリーダー (50359197)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 健二 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 主任研究員 (30420491) ; 金子 克哉 神戸大学, 理学研究科, 教授 (40335229) ; 木元 克典 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), グループリーダー代理 (40359162) ; 山本 順司 九州大学, 理学研究院, 教授 (60378536) ; 石塚 治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 首席研究員 (90356444)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000); Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: メルト包有物 / 揮発性成分 / マグマ / 火山 / 揮発性元素

Outline of Research at the Start

マグマが生成してから噴火に至る過程を理解するために、火山岩中の鉱物に含まれるメルト包有物の研究を行う。メルト包有物はマグマの微視的な化学組成を反映するため、従来の全岩化学組成に基づいた研究では得られないマグマの情報を獲得することができる。主成分、微量成分に加えて同位体比と揮発性成分に関して局所化学分析を行うことで、起源の異なるマグマの同定、各マグマの化学組成の特徴、マグマだまりの深度、噴出前のマグマが持っていた揮発性成分量を求める。マントルや地殻におけるマグマの発生要因、マグマが蓄積する場、マグマの上昇と噴出の原動力となる揮発性成分の役割を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to understand behavior of volatiles during magma generation and eruption processes in various tectonic settings by focusing on chemical composition of melt inclusions. We established a series of analytical methods for sample preparation, imaging of melt inclusions, and chemical analysis of volatile, major, and trace elements on them. This method was applied to oceanic island basalts to constrain the amount of volatiles transported into the deep mantle by slab subduction. We also applied this method to island arc volcanic rocks to estimate the depth of magma reservoirs based on the concentration of volatiles. We suggested that the magmas that caused caldera-forming eruptions and small eruptions prior to them were stored at different depth in the crustal magma reservoirs.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の全岩化学分析に加えて、メルト包有物の化学分析はマグマ中の揮発性成分量や未分化なマグマの化学組成の情報が得られるという点で、マグマ生成や噴火プロセスの理解を前進させる。メルト包有物に対して各種の化学分析を組み合わせることは技術的に難度が高いが、その手法を確立し研究の実例を示したことで、様々なテクトニック場に存在する火山に対して、マグマの生成から噴火へ至るメカニズムの包括的理解へ向けて今後研究が発展することが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Evolution of magma supply system beneath a submarine lava dome after the 7.3-ka caldera-forming Kikai-Akahoya eruption (2023)
  • Author(s): Morihisa Hamada, Takeshi Hanyu, Iona M. McIntosh, Maria Luisa G. Tejada, Qing Chang, Katsuya Kaneko, Jun-Ichi Kimura, Koji Kiyosugi, Takashi Miyazaki, Reina Nakaoka, Kimihiro Nishimura, Tomoki Sato, Nobukazu Seama, Keiko Suzuki-Kamata, Satoru Tanaka, Yoshiyuki Tatsumi, Kenta Ueki, Bogdan S. Vaglarov, Kenta Yoshida
  • Journal Title: Journal of Volcanology and Geothermal Research Volume: 434 Pages: 107738-107738
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2022.107738
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A new geochemical database of Kikai caldera: Toward understanding of Kikai caldera magmatism (2022)
  • Author(s): 上木 賢太、原口 悟、吉田 健太、桑谷 立、浜田 盛久、Iona McIntosh、宮崎 隆、羽生 毅
  • Journal Title: PROGRAMME AND ABSTRACTS THE VOLCANOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN Volume: 2022 Issue: 0 Pages: 133-133
  • DOI: 10.18940/vsj.2022.0_133
  • ISSN: 2189-7190, 2433-5320
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Raman spectroscopic identification of continuity of a channel olivine in a peridotite specimen (2022)
  • Author(s): Junji Yamamoto, Hidemi Ishibashi, Yuuki Hagiwara, Lena Yokokura, Kiyoaki Niida
  • Journal Title: GEOCHEMICAL JOURNAL Volume: 56 Issue: 1 Pages: 31-39
  • DOI: 10.2343/geochemj.GJ22003
  • NAID: 130008164894
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Variety of the drift pumice clasts from the 2021 Fukutoku‐Oka‐no‐Ba eruption, Japan (2022)
  • Author(s): Yoshida Kenta、Tamura Yoshihiko、Sato Tomoki、Hanyu Takeshi、Usui Yoichi、Chang Qing、Ono Shigeaki
  • Journal Title: Island Arc Volume: 31 Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1111/iar.12441
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Experimental variable effects on laser heating of inclusions during Raman spectroscopic analysis (2021)
  • Author(s): Hagiwara Yuuki、Yoshida Kenta、Yoneda Akira、Torimoto Junji、Yamamoto Junji
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 559 Pages: 119928-119928
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119928
  • NAID: 120007029907
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature dependence of a Raman CO2 densimeter from 23°C to 200°C and 7.2 to 248.7 MPa: Evaluation of density underestimation by laser heating (2021)
  • Author(s): Hagiwara Yuuki、Kawano Tetsuma、Takahata Kohei、Torimoto Junji、Yamamoto Junji
  • Journal Title: Journal of Raman Spectroscopy Volume: 52 Issue: 10 Pages: 1744-1757
  • DOI: 10.1002/jrs.6188
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of total CO2 in melt inclusions with shrinkage bubbles (2020)
  • Author(s): Hanyu Takeshi、Yamamoto Junji、Kimoto Katsunori、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 557 Pages: 119855-119855
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119855
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two-stages of plume tail volcanism formed Ojin Rise Seamounts adjoining Shatsky Rise (2020)
  • Author(s): Sano Takashi、Hanyu Takeshi、Tejada Maria Luisa G.、Koppers Anthony A.P.、Shimizu Shoka、Miyazaki Takashi、Chang Qing、Senda Ryoko、Vaglarov Bogdan S.、Ueki Kenta、Toyama Chiaki、Kimura Jun-Ichi、Nakanishi Masao
  • Journal Title: Lithos Volume: 372-373 Pages: 105652-105652
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105652
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 鬼界カルデラ破局噴火のマグマ準備過程 (2023)
  • Author(s): 羽生毅、常青、中岡礼奈、清杉孝司、金子克哉、鈴木桂子、山本由弦、松野哲男、島伸和、巽好幸
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2022
• [Presentation] 鬼界カルデラ破局噴火の噴火準備過程―ちきゅうSCORE試料より― (2022)
  • Author(s): 羽生毅、常青、金子克哉、中岡礼奈、清杉孝司、鈴木桂子、山本由弦、松野哲男、島伸和、巽好幸
  • Organizer: 日本地球化学会2022年会
• [Presentation] 化学組成データベース構築に基づく鬼界カルデラの火成活動の理解 (2022)
  • Author(s): 上木賢太, 原口悟, 吉田健太, 桑谷立, 浜田盛久, Iona McIntosh, 宮崎隆, 羽生 毅
  • Organizer: 火山学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 鬼界海底カルデラにおけるアカホヤ噴火以降のマグマ供給系進化 (2022)
  • Author(s): 浜田 盛久・羽生 毅・Iona M. McIntosh・Maria Luisa G. Tejada・常 青・金子 克哉・木村 純一・ 清杉 孝司・宮崎 隆・中岡 礼奈・西村 公宏・佐藤 智紀・島 伸和・鈴木 桂子・田中 聡・巽 好幸・ 上木 賢太・Bogdan S. Vaglarov
  • Organizer: 日本火山学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Investigating the formation of the Kikai submarine lava dome using matrix glass volatile contents (2022)
  • Author(s): Iona M. McIntosh, Morihisa Hamada, Takeshi Hanyu, Maria Luisa G. Tejada, Takashi Miyazaki, Qing Chang, Bogdan S. Vaglarov, Katsuya Kaneko, Koji Kiyosugi, Reina Nakaoka, Keiko Suzuki-Kamata, and Nobukazu Seama
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 海底掘削試料から明らかになった鬼界カルデラ火山噴出物の特徴 (2022)
  • Author(s): 中岡礼奈、金子克哉、島伸和、鈴木桂子、清杉孝司、羽生毅、山本由弦、松野哲男、清水賢、杉岡裕 子、巽好幸
  • Organizer: 日本地球化学会2022年会
  • Invited
• [Presentation] マントル由来の火山岩から見る揮発性元素のマントル循環 (2021)
  • Author(s): 羽生 毅
  • Organizer: 日本地球化学会年会２０２１
  • Invited
• [Presentation] 鬼界カルデラ火山のマグマ変化－ちきゅうSCORE試料より (2021)
  • Author(s): 羽生毅・常青・金子克哉・鈴木桂子・中岡礼奈・清杉孝司・山本由弦・松野哲男・島伸和・巽好幸
  • Organizer: 日本火山学会秋季大会2021
• [Presentation] カルデラ噴火マグマ組成バリエーションの理解のための鬼界カルデラ噴出物データベースの構築 (2021)
  • Author(s): 原口 悟、上木 賢太、吉田 健太、桑谷 立、浜田 盛久、マッキントシュ アイオナ、宮崎 隆、 羽生 毅
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [Presentation] Hydrogen isotope of the mantle source in Pitcairn Island (2021)
  • Author(s): Takahiro Ozawa, Akira Ishikawa, Takeshi Hanyu, Kenji Shimizu, Takayuki Ushikubo, Morihisa Hamada, Hikaru Iwamori
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会（国際セクション）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Arc magma genesis: Evidence from Kibblewhite Volcanic Complex in the Kermadec arc, New Zealand (2020)
  • Author(s): Yasuhiro Hirai, Yoshihiko Tamura, Kaj Hoernle, Reinhard Werner, Folkmar Hauff, Christian Timm, Bogdan S. Vaglarov, Qing Chang, Takashi Miyazaki, Jun-Ichi Kimura, Takeshi Hanyu
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Volatiles in the HIMU Mantle Component and the Efficiency of Dehydration during Subduction (2020)
  • Author(s): Nichols A, Hanyu T, Shimizu K, Dosso L
  • Organizer: Goldschmidt Virtual 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evidence for volatile-rich mantle transition zone beneath NE China:implication from the geochemistry of melt inclusions from Wudalianchi basalts (2020)
  • Author(s): Tetsuya Sakuyama, Yuma Hayashi, Kenji Shimizu, Takayuki Ushikubo, Takeshi Hanyu,Jun-Ichi Kimura, Wei Tian
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An overview of volcanic rocks from submarine Kikai Caldera (2020)
  • Author(s): T. Hanyu, N. Seama, S. Tanaka, Y. Tatsumi, S. Abe, M. Hamada, T. Hanyu, H. Iwamaru, S. Kado, K. Kaneko, R. Kikuchi, K. Kiyosugi, T. Matsuno, I. McIntosh, T. Miyazaki, R. Nakaoka, N. Okamoto, T. Orii, S. Shimizu, T. Shintani, K. Suzuki-Kamata, M. L. G. Tejada, K. Ueki, B. S. Vaglarov
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research