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 2024)
• 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: オフィカーボネート / 蛇灰岩 / 蛇紋岩 / マントル / 海水 / 海水起源熱水 / 塩水 / 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 / 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 / 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

炭酸塩は堆積岩、苦鉄質岩、超苦鉄質岩などに存在するため、沈み込む海洋プレートが運ぶ炭素の主要な貯蔵庫である。近年、海洋プレートを構成する変成玄武岩や変成堆積岩が、沈み込み過程でどのように脱炭酸されるか研究されてきた。しかしながら、沈み込むプレートのマントル部分が運ぶ炭酸塩やその脱炭酸プロセスについては未だ解明されていない点が多い。マントルが水和してできる蛇紋岩に炭酸塩が含まれる岩石をオフィカーボネート（蛇灰岩）と呼ぶ。産状としては、蛇紋岩角礫の間を埋める炭酸塩や、角礫中の炭酸塩脈として観察される。
本研究では前年度までに採取したLago Nero、Monviso、Apennin（イタリア）、Chenaillet、Queyras、Corsica（フランス）から採取したオフィカーボネート中の流体包有物の均質化温度と氷の最終融点について分析し、流体包有物が形成される温度と深度を推定した。観察した岩石薄片には、アンチゴライト、ドロマイト、方解石、タルクが共存する。このうちタルクは温度低下に従って成長したと解釈する。熱力学的計算は、これら4つの鉱物は比較的低い圧力、そして低いCO2フュガシティ領域で共存できることを示す。
複数の試料の炭酸塩に含まれる流体包有物の塩濃度は3-7 wt.% NaClで、均質化温度は170-240℃を示す。このことは、海洋底近傍において海水起源熱水が蛇紋岩と反応した結果、オフィカーボネイトが形成された可能性が高いことを示す。
観察した試料の中には、高温高圧条件下で動的再結晶が起こった可能性がある試料があり、沈み込みに伴う変化を観察できる可能性がある。さらに、流体包有物と炭酸塩の酸素同位体を測定することによって、オフィカーボネイトを作った流体の化学的特徴と共存する温度を明らかにできると考えている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ほとんど変成作用を被っていないか、低い変成度（プレーナイト・パンペリー石相）のオフィカーボネイト中のカルサイトには大きな流体包有物が存在するので、観察が容易である。しかし、高変成度（ブルーシストないしエクロジャイト相）の岩石中では流体包有物が少なく、また、存在しても小さい（数ミクロンメートル以下）という特徴があるため観察が難しい。このため、高変成度の岩石の流体包有物のキャラクタリゼーションに難航している。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画では、低変成度から高変成度までの流体包有物の性質の変化、または、脱炭酸作用などを観察したかったのだが、高変成度の岩石の分析は難しい状況である。現在、同位体分析を準備しているが、同位体分析には流体包有物の密度が高くなくてはならず、低変成度の岩石は測定できても高変成度の岩石は適切な試料がない。この状況においては、オフィカーボネイトの生成条件は明らかにできるかもしれないが、プレートの衝突や沈み込みにおけるその進化を解明することは困難かもしれない。まずは、海嶺やトランスフォーム断層沿いで海水起源熱水と蛇紋岩の反応の結果、オフィカーボネイトが生成されたとする提案を含む研究成果をまとめたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オルレアン大学/クレルモン大学/パリ大学(フランス)
• [Int'l Joint Research] ピサ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] 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] Deformation and melt?rock interaction in the upper mantle: Insights from the layered structure of the Horoman peridotite, Japan (2024)
  • Author(s): Tasaka Miki、Hihara Aya、Kurihara Keisuke、Taniuchi Hajime、Kawamoto Tatsuhiko
  • Journal Title: Tectonophysics Volume: 890 Pages: 230508-230508
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2024.230508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for suboceanic small-scale convection from a “garnet”-bearing lherzolite xenolith from Aitutaki Island, Cook Islands (2024)
  • Author(s): Akizawa, N., Ozawa, K., Kogiso, T., Ishikawa, A., Miyake, A., Igami, Y., Wallis, S.R., Nagaya, T., Ohshima, C., Fujita, R. and Kawamoto, T.
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-38
  • DOI: 10.1186/s40645-024-00643-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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 Pages: 6673654-6673654
  • 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] ドラマイラ産白色片岩の超高圧領域内変成記録：藍晶石中のコース石における残留応力異方性からの検証 (2024)
  • Author(s): 武田 菜実、辻森 樹、川本 竜彦、板谷 徹丸
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] 上部マントルの変形と岩石メルト相互作用：北海道, 幌満かんらん岩体の層状構造からの制約 (2024)
  • Author(s): 日原 彩、田阪 美樹、栗原 圭佑、谷内 元、川本 竜彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] 北海道、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構造がある露頭に記録されるメルト－岩石反応とマントルの再肥沃化 (2024)
  • Author(s): 栗原 圭佑、川本 竜彦、日原 彩、田阪 美樹、谷内 元、佐藤 陸渡、栗谷 豪、松本 亜希子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] マントル鉱物とH2O-CO2流体との反応実験 (2024)
  • Author(s): 川本 竜彦、鈴木 悠斗、福島 奈桜、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
• [Presentation] オマーンと西アルプスオフィオライトのオフィカーボネート中の多世代流体包有物 (2024)
  • Author(s): 犬飼 知宏、川本 竜彦、Godard Marguerite、Nicollet Christian、Koga Kenneth、Koga Estelle、Debret Baptiste、田阪 美樹、影田 樹哉、谷内 元
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] 紀伊半島四万十帯と関東三波川帯の鉱物脈中の流体包有物に記録される塩濃度と形成圧力 (2024)
  • Author(s): 田中 冬馬、川本 竜彦、吉田 壱星、志村 侑亮、平内 健一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] Fluid inclusions of ophicarbonates in Oman and Western Alps ophiolite and carbonation experiments of mantle minerals (2024)
  • Author(s): Kawamoto, T., Inukai, T., Nicollet, C., Koga, K. T., Rose-Koga, E. F. , Debret, B., Tasaka, M., Taniuchi, H.
  • Organizer: International Geological Conference (万国地質会議）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 幌満かんらん岩体における変形と岩石メルト相互作用：MHL系列とBDH系列の構造岩石学的研究 (2024)
  • Author(s): 日原 彩、田阪 美樹、栗原 圭佑、谷内 元、川本 竜彦
  • Organizer: 日本鉱物科学会
• [Presentation] カンラン岩の炭酸塩化：流体包有物分析と水熱合成実験によるアプローチ (2024)
  • Author(s): 川本 竜彦
  • Organizer: 日本鉱物科学会
• [Presentation] 北海道日高変成帯、幌満かんらん岩体中の縞状ダナイト・ハルツバージャイトが記録する枯渇したかんらん岩とメルトの反応 (2024)
  • 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
• [Presentation] イタリア・アペニン山脈のオフィカーボネイトの流体包有物 (2024)
  • Author(s): 金子 広幸、川本 竜彦、メネギーニ フランチェスカ、大澤 陽介
  • Organizer: 日本鉱物科学会
• [Presentation] マントルウェッジを上昇するスラブ由来流体の化学組成変化と島弧初生マグマの起源：水流体とメルト間の微量成分元素分配からの制約 (2024)
  • Author(s): 谷内 元、川本 竜彦、中谷 貴之、石塚 治、鈴木 敏弘、東宮 昭彦
  • Organizer: 日本鉱物科学会
• [Presentation] カンラン岩の炭酸塩化：流体包有物分析と水熱合成実験によるアプローチ (2024)
  • Author(s): 川本 竜彦
  • Organizer: 日本地球化学会
  • Invited
• [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