Seawater recycling delivered by oceanic plate recorded in the Chenaillet ophiolite, western Alps

• Project/Area Number: 21KK0060
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 川本 竜彦 静岡大学, 理学部, 教授 (00303800)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷内 元 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, 研究員 (00913956) ; 田阪 美樹 静岡大学, 理学部, 准教授 (80772243)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2025: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 低速拡大海嶺 / 高速拡大海嶺 / 多世代炭酸塩脈 / オフィカーボネイト / オフィオライト / オマーン / 西アルプス / 蛇紋岩 / 炭酸塩 / 沈み込み帯 / アルプス造山運動 / 流体包有物 / 海洋底変成作用 / 塩濃度 / 海水 / 水ー岩石相互作用

Outline of Research at the Start

日本列島のようなプレートの沈み込み帯のマントルには、海水に似た塩濃度をもつ塩水流体が存在する。塩水は真水と異なり炭酸塩を溶存する特徴があり、炭素循環に重要な役割を果たす。この描像は「陸側のプレート」に産出する火山岩や流体包有物の観察に基づいて描いた。本研究では、フランスとイタリアの国境をまたいだ西アルプスというプレート衝突帯に露出する「沈み込む前のテチス海洋プレートの岩石」と、「沈み込んだままの岩石」という生成条件の異なる岩石に着目して、海洋プレートの沈み込みの前後に塩素や炭素がどのように移動するかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

2022年8月にフランスアルプスで調査したオフィカーボネイトの岩石薄片を観察した。研究した地質体と岩石は、低速拡大海嶺起源の西アルプスのシュナイエとラゴネロオフィオライトの蛇紋岩に形成された多世代の炭酸塩脈とオフィカーボネートである。これらの炭酸塩脈やオフィカーボネートの炭酸塩鉱物中には多数の主に水からなる流体包有物が取り込まれている。流体包有物に対してマイクロサーモメトリーを実施し、形成した流体の化学組成と温度に制約を与えた。また、これらを2021-2年度に調査した高速拡大海嶺起源とされるオマーンオフィオライトでの多世代の炭酸塩脈の研究結果と比較した。
流体包有物の均質化温度と先行研究によって明らかにされている酸素同位体比による推定温度を比較すると、西アルプスのシュナイエオフィオライトでは両者が整合的である。一方、オマーンオフィオライトの流体包有物の均質化温度は酸素同位体が記録する平衡温度よりも約200℃も高い。このことは、低速拡大海嶺起源である西アルプスのシュナイエオフィオライトの形成場が海洋底へ露出した海洋コアコンプレックスであるのに対して、高速拡大海嶺起源のオマーンオフィオライトはマントルの上に厚さ5 kmの海洋地殻が覆い海洋底とマントルの間に距離があることに起因する。オマーンオフィオライトの炭酸塩脈を作った海水は海洋地殻を通過する間に岩石との間で同位体平衡に近づき、より高温状態で炭酸塩脈を形成したと提案する。先行研究では、海水と同じ同位体比を持つと仮定して温度を計算していたが、炭酸塩脈を形成した流体の酸素同位体比は変化していたと推論する。
以上の解析に加えて、2023年9月にイタリアアルプスのモンヴィソとランツォ地域の地質調査と岩石試料採取を行い岩石薄片を作成した。2024年度は、これらの流体包有物の観察を行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年、2023年とフランス人研究者のサポートにより、西アルプスに露出するオフィオライトやカンラン岩体の地質を学ぶことができた。また、さまざまな温度圧力条件におかれたと考えられるオフィカーボネイトの岩石試料を採取した。2022年に採取した岩石の解析は半分まで2023年度に完了した。その結果は、西アルプスのオフィオライトは低速拡大海嶺と考えられており、2022年度までに我々が研究していた高速拡大海嶺のオマーンオフィオライトとは異なる。西アルプスでもオマーンでも、大まかに見ると海洋プレートの水和や炭酸塩化に海水が関係することは確かなようだ。2022年度に採取し解析できていない残る半分の岩石試料と2023年度に採取した岩石試料の解析を2024年度に行う計画で、研究は順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

2022年8月に調査したフランスアルプスで採取したオフィカーボネイトの岩石試料の残りと、2023年9月にイタリアアルプスのモンヴィソとランツォ地域の岩石の解析を行いたい。いずれも岩石薄片になっており、準備は整っている。これらの岩石試料の解析が終了する前に、新たな試料を採取することは避けたい。これらの岩石の解析は、低速拡大海嶺と高速拡大海嶺の差を明確にするほか、海洋底で炭酸塩化したものがプレートの沈み込みによって動的再結晶作用を受けた場合、どのような流体が関与したのかを明確にする。後者は特に本研究計画の鍵になる。本研究が完成すれば、中央海嶺から海洋底をへて沈み込み帯に至るまでの海洋プレートの水和と炭酸塩化の実態を理解することが可能になる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オルレアン大学/クレルモン・オーベルニュ大学/パリ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] ピサ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] クレルモンフェラン大学/オルレアン大学/パリ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] クレルモンフェラン大学/パリ大学(フランス)
• [Journal Article] Three-dimensional textures of Ryugu samples and their implications for the evolution of aqueous alteration in the Ryugu parent body (2024)
  • Author(s): Tsuchiyama Akira、Matsumoto Megumi、Matsuno Junya、Yasutake Masahiro、Nakamura Tomoki、Noguchi Takaaki、Miyake Akira、Uesugi Kentaro、Takeuchi Akihisa、Okumura Shota、Fujioka Yuri、Sun Mingqi、Takigawa Aki、Matsumoto Toru、Enju Satomi、Mitsukawa Itaru、Enokido Yuma、Kawamoto Tatsuhiko、ほか
  • Journal Title: Geochimica et Cosmochimica Acta Volume: - Pages: 146-172
  • DOI: 10.1016/j.gca.2024.03.032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Compositional evolution of slab-derived fluids during ascent: implications from trace-element partition between hydrous melts and Cl-free or Cl-rich aqueous fluids (2024)
  • Author(s): Taniuchi Hajime、Kawamoto Tatsuhiko、Nakatani Takayuki、Ishizuka Osamu、Suzuki Toshihiro、Tomiya Akihiko
  • Journal Title: Contributions to Mineralogy and Petrology Volume: 179 Issue: 5 Pages: 51-51
  • DOI: 10.1007/s00410-024-02122-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rearing in strontium-enriched water induces vaterite otoliths in the Japanese rice fish, Oryzias latipes (2023)
  • Author(s): Murase Iki、Kawamoto Tatsuhiko、Akizawa Norikatsu、Irie Takahiro
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 10 Issue: 6
  • DOI: 10.1098/rsos.230410
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from returned samples (2023)
  • Author(s): Nakamura T.、Matsumoto M.、Amano K.、Enokido Y.、Zolensky M. E.、Mikouchi T.、Genda H.、Tanaka S.、Zolotov M. Y.、Kurosawa K. .. Yabuta H. ... et al.
  • Journal Title: Science Volume: 379 Issue: 6634 Pages: 8671-8671
  • DOI: 10.1126/science.abn8671
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental and Observational Constraints on Halogen Behavior at Depth (2022)
  • Author(s): Joachim-Mrosko Bastian、Kawamoto Tatsuhiko、Bureau H?l?ne
  • Journal Title: Elements Volume: 18 Issue: 1 Pages: 35-40
  • DOI: 10.2138/gselements.18.1.35
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental and observational constraints on halogen behavior at depth (2022)
  • Author(s): Joachim-Mrosko, B., Kawamoto, T., Bureau, H.
  • Journal Title: Elements Volume: 19
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 幌満かんらん岩体上部のかんらん岩とマフィック岩からなる対称性がよい露頭の鉱物化学組成に記録されるマントルの再肥沃化 (2023)
  • Author(s): 栗原 圭佑、川本 竜彦、日原 彩、田阪 美樹、谷内 元
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 流体包有物が記録する西アルプスピエモンテ帯に位置するかつての海洋コアコンプレックス中のオフィカーボネート形成流体の化学組成 (2023)
  • Author(s): 犬飼 知宏、川本 竜彦、影田 樹哉、田阪 美樹、谷内 元、Koga Kenneth、Nicollet Christian、Rose-Koga Estelle、Debret Baptiste
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 北海道, 幌満かんらん岩体の層状構造を明らかにするための構造岩石学的研究 (2023)
  • Author(s): 日原 彩、田阪 美樹、栗原 圭佑、川本 竜彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 水・二酸化炭素混合流体によるマントル岩の炭酸化反応に伴う体積増加は深部低周波微動とスロースリップを引き起こすか？ (2023)
  • Author(s): 福島 奈桜、川本 竜彦、鈴木 陽己、岩田 拓真、中谷 貴之、鈴木 敏弘、東宮 昭彦、田中 明子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Pressure and temperature conditions of deep tremor in Nankai subduction zones and hydration and carbonation of the mantle wedge (2023)
  • Author(s): Tatsuhiko Kawamoto, Tomohiro Inukai, Ryoya Ikuta
  • Organizer: 17th Congress of Water-Rock Interaction (WRI17) and the 14th Applied Isotope Geochemistry (AIG14)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 幌満かんらん岩体上部のかんらん岩とマフィック岩からなる対称性がよい露頭の鉱物化学組成と全岩化学組成 (2023)
  • Author(s): 栗原 圭佑、川本 竜彦、日原 彩、田阪 美樹、谷内 元、栗谷 豪、松本 亜希子
  • Organizer: 日本鉱物科学会2023年年会
• [Presentation] オマーンオフィオライトと西アルプスシュナイエ・ラゴネロオフィオライト蛇紋岩の多世代の炭酸塩脈中の流体包有物が記録する熱水流体 (2023)
  • Author(s): 犬飼 知宏、川本 竜彦、影田 樹哉、田阪 美樹、谷内 元、Kenneth Koga、Estelle Rose-Koga、Christian Nicollet、Baptiste Debret、Marguerite Godard
  • Organizer: 日本鉱物科学会2023年年会
• [Presentation] 北海道, 幌満かんらん岩体の層状構造を明らかにするための構造岩石学的研究 (2023)
  • Author(s): 日原 彩、田阪 美樹、栗原 圭佑、川本 竜彦、谷内 元
  • Organizer: 日本鉱物科学会2023年年会
• [Presentation] ドラマイラ岩体南部、超高圧白色片岩中の藍晶石が包有するコース石の形態と残留応力について (2023)
  • Author(s): 武田 菜実、辻森 樹、川本 竜彦、板谷 徹丸
  • Organizer: 日本鉱物科学会2023年年会
• [Presentation] Hydration and carbonation of the mantle wedge in pressure and temperature conditions of deep tremor in Nankai subduction zones (2023)
  • Author(s): Tatsuhiko Kawamoto, Tomohiro Inukai, Ryoya Ikuta
  • Organizer: Cargese 2023 School on Subduction Zone Processes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オマーンオフィオライト・ワジディマ蛇紋岩炭酸塩脈中の流体包有物が記録する海洋底と大陸の変成流体 (2022)
  • Author(s): 犬飼知宏, 川本竜彦, 大井修吾, Godard Marguerite
  • Organizer: 日本鉱物科学会（JAMS）
• [Presentation] Chemical Composition of Subduction-Zone Fluids: Carbon-Bearing Saline Fluids in Plate Boundaries and Mantle Wedge (2022)
  • Author(s): T. Kawamoto
  • Organizer: International joint workshop on Slow-to-Fast earthquakes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 震源の空間分布から見る南海トラフ深部微動の存在条件 (2022)
  • Author(s): 生田領野, 小林ゆい, 川本竜彦
  • Organizer: 日本地震学会2022年秋季大会
• [Presentation] 400℃以下で使用するHPテクノス社製水熱合成装置の温度校正とマントル岩と水・二酸化炭素混合流体の反応 (2022)
  • Author(s): 福島奈桜，川本竜彦，鈴木陽己，岩田拓真
  • Organizer: 日本高圧力学会
• [Presentation] Saline fluid inclusions in Pinatubo mantle xenoliths linking subducted seawater to arc magmas (2021)
  • Author(s): Kawamoto, T.
  • Organizer: Second scientific workshop on Halogens: from mantle processes to emissions and their impact on the atmosphere
  • Int'l Joint Research / Invited