| Project/Area Number |
23K26607
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| Project/Area Number (Other) |
23H01914 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Waseda University (2024)
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2023) |
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Principal Investigator |
野崎 達生 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10553068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 章純 東北大学, 理学研究科, 助教 (10633638)
牛久保 孝行 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 (10722837)
栗林 貴弘 東北大学, 理学研究科, 准教授 (20302086)
大竹 翼 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80544105)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | 生物鉱学 / 硫黄同位体 / 火山性塊状硫化物鉱床 / 海底熱水鉱床 / 微生物活動 |
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| Outline of Research at the Start |
硫黄は生物必須元素であるだけでなく，金属鉱床の主要な構成元素である．本研究では『微生物活動が硫化物鉱床の生成にどの程度寄与するのか?微生物による核形成が大規模硫化物鉱床を形成する』という作業仮説の下，硫化鉱物に着目し，硫黄同位体比組成から微生物活動の寄与を解明する．具体的には，海底熱水鉱床と火山性塊状硫化物鉱床 (過去の海底熱水鉱床) について，鉱物の晶出順序および成熟度・鉱化ステージごとに異なる組織を示す黄鉄鉱を主対象とし，2種および4種局所硫黄同位体分析を行う．得られた硫黄同位体比組成について熱力学的理論計算を行い，硫化鉱物中の硫黄の起源だけでなく微生物活動の寄与を定量化することを目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2025年2月に宮崎県槙峰鉱床における野外調査を実施し，硫化物鉱石および上下盤の堆積岩を含む約30試料を追加で採取した．これまで槙峰鉱床から採取した試料について，研磨片および全岩化学分析用の粉末試料を調製した．槙峰鉱床の鉱石試料は，コロフォーム黄鉄鉱・Fe酸化鉱物・磁硫鉄鉱・少量の閃亜鉛鉱を伴う鉱化ステージと自形黄鉄鉱・磁硫鉄鉱・網目状の黄銅鉱・少量の閃亜鉛鉱を伴う鉱化ステージに区分されることが見えつつあるが，フランボイダル黄鉄鉱の探索を継続中である．また，オタワ大学において槙峰鉱床の黄鉄鉱，黄銅鉱，磁硫鉄鉱，閃亜鉛鉱を対象としたLA-ICP-MSによる局所微量元素分析を行い，特にCoに注目しながら硫化鉱物の元素組成を明らかにした．
研究2年度目の主な実績として，宮崎県槙峰鉱床および北海道下川鉱床の生成年代をRe-Os同位体を用いて決定することに成功した．その結果，宮崎県槙峰鉱床は8,940 ± 120万年前、北海道下川鉱床は4,820 ± 90万年前に生成したことが明らかになった．これらの年代値，両鉱床の地質学的特徴および地球化学的特徴から，両鉱床は白亜紀後期～古第三紀に日本列島に中央海嶺沈み込みが起こる直前に生成したと考えられ，現地性玄武岩を伴う別子型VMS鉱床の生成年代が海嶺沈み込みのトレーサーとなることを提唱した．本結果は，査読付き国際学術雑誌である『Scientific Reports』誌に掲載された．また，ナノSIMSを用いて黄鉄鉱の微細組織と硫黄同位体比組成の関係性の追跡を試みたが，試料切片とインジウム合金を加熱・乾燥中に試料が突沸 (?) により破損するトラブルが起こり，十分な分析ができなかったため，今後試料の準備方法を改善していく．局所硫黄同位体分析のための標準鉱物作成では前進が見られ，黄銅鉱・磁硫鉄鉱については同位体比組成が均質な鉱物試料を得るに至った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究2年度目の2024年度は，主に以下の3つについて進捗があった．
(1) 宮崎県槙峰鉱床調査：2025年2月に研究分担者・協力者や野崎が異動した早稲田大学のスタッフ・学生が露頭に集い，VMSを含む野外調査および岩石試料採取を行った．その後，岩石試料を切断・研磨片を作成し，組織観察，構成鉱物同定，EPMAによる鉱物組成測定，全岩化学組成測定用の粉末試料調製を行った．今後，フランボイダル黄鉄鉱の探索を継続し，最終年度のSIMSによる局所硫黄同位体分析に繋げる予定である．また，カナダのオタワ大学において，槙峰鉱床の鉱石中に含まれる黄鉄鉱，黄銅鉱，磁硫鉄鉱，閃亜鉛鉱を対象とした局所化学組成分析を行い，特にCoのホスト相解明を行った．
(2) 槙峰鉱床および下川鉱床のRe-Os年代決定：本申請研究である槙峰および下川両鉱床の生成年代決定をRe-Os同位体比組成によるアイソクロンにより求めることに成功した．その結果，両鉱床は白亜紀後期～古第三紀にかけて日本列島に起こった海嶺沈み込み現象の直前に，堆積物が被覆する中央海嶺で生成したことが明らかとなった．またこの結果から，現地性玄武岩を伴う別子型鉱床のRe-Os年代は，海嶺沈み込み現象の直前の数値年代を表すため，海嶺沈み込み現象のトレーサーとして有効であることを提唱した．
(3) 海底熱水鉱床の硫黄同位体分析：Nozaki et al. (2021_Geology) で用いた伊平屋北海丘および伊是名海穴の研磨片を用いて，さらなる顕微鏡・SEM観察を行い，ナノSIMSによる微細な局所硫黄同位体分析を試みた．しかし，研磨片の加熱・乾燥中にインジウム合金が突沸 (?) したためか，研磨片が一部破損して十分な局所分析が実施できなかった．SIMS分析用の標準鉱物作成は大きく前進し，硫黄同位体比組成の均質な黄銅鉱および磁硫鉄鉱の鉱物標本を得るに至った．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き主に以下の3つを柱にして，本科研費の研究を遂行していく予定である．
(1) 槙峰鉱床調査：国内でVMSが露頭で見られる場所は限られており，槙峰鉱床は川沿いにVMSと上下盤岩石が観察可能な貴重な場所である．今後も研究代表者・分担者・協力者で毎年槙峰鉱床を訪れ，露頭観察や現場での議論を継続する．新たな記載や化学分析結果を得た後に同じ露頭を訪れると，これまで気づかなかった新たな発見を得られることが多い．また，SIMSによる局所硫黄同位体分析に向けたフランボイダル黄鉄鉱の探索を継続して行う．
(2) 国内のVMS鉱床の局所硫黄同位体分析：槙峰鉱床について，鉱石試料の全岩化学組成分析をICP-MSで行うとともに，研磨片の顕微鏡観察，EPMAによる鉱物組成測定を通じてフランボイダル黄鉄鉱の探索を行い，SIMSによる局所硫黄同位体分析を行っていく．また，北海道下川鉱床も比較的規模の大きなVMS鉱床であるが，過去のボーリングコア試料を高知大学より手配済であるので，さらなる研磨片作成・顕微鏡観察・EPMAによる鉱物組成測定の追加とSIMSによる局所硫黄同位体分析を行っていく．槙峰鉱床および下川鉱床の研究を，2名の卒業論文研究のテーマに設定する．新たに作成した黄銅鉱および磁硫鉄鉱の標準鉱物試料も駆使し，黄鉄鉱だけでなく黄銅鉱・磁硫鉄鉱の硫黄同位体分析も同時に行って，微生物活動の寄与を解明する．
(3) 日本近海の海底熱水鉱床の局所硫黄同位体分析：沖縄トラフ伊平屋北海丘や伊是名海穴の人工熱水孔上に生成したチムニーあるいは硫化物鉱体の掘削コア試料を対象とし，ナノSIMSを用いて黄鉄鉱のより微細な組織に対応した局所硫黄同位体分析を行う．特にフランボイダル黄鉄鉱が再結晶化する過程で硫黄同位体比組成が大きく変化する傾向が見えているので，どの鉱化ステージまで微生物活動の痕跡が残っているのかを追跡する．
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