2016 Fiscal Year Annual Research Report
Core-mantle co-evolution constrained from isotopes
Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
Project/Area Number |
15H05830
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Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
Principal Investigator |
鈴木 勝彦 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海底資源研究開発センター, 研究開発センター長代理 (70251329)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 龍一 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特定助教 (40734570)
佐野 亜沙美 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 副主任研究員 (30547104)
下田 玄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質情報研究部門, グループ長 (60415693)
佐野 有司 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (50162524)
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Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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Keywords | 核-マントル相互作用 / 同位体 / 高圧実験 / 元素挙動 / 酸化還元 / 微小領域分析 / 地球の初期進化 / 消滅核種 |
Outline of Annual Research Achievements |
核-マントル相互作用や地球の初期進化の化学的解明のために,昨年度に引き続き,技術開発に重点を置くと共に,開発した技術の応用を開始した。抵抗加熱法の高温発生技術開発を行ったほか,技術開発班と合同で超高圧変形装置である回転式ダイヤモンドアンビルセルを製作・開発し,ラミノグラフィー撮像法による歪の高圧その場測定法を確立した(Nomura et al., 2017)。一方で,1) 核-マントル境界へ沈み込むスラブが引き起こしうるかんらん岩-海嶺玄武岩界面の反応融解現象や,2) マントル最下部に存在する熱境界層内の大きな温度勾配が引き起こしうる元素・同位体分別といった,マントル最下部で潜在的に起こりうる化学現象について,マルチアンビル装置,及びダイヤモンドアンビル装置を組み合わせた実験研究を開始した。また,マントル内における同位体不均質とその原因について明らかにするために,本年度は地球深部条件に相当する高温高圧下でオリビンとワズレアイトが共存する試料を合成し,二次質量分析装置で各鉱物の同位体比の測定を実施した。分析技術に関しては,NanoSIMSを用いて地球科学試料の極微小領域における各種元素,同位体を精密に分析するために必要な試料準備の方法を検討すると共に,高圧実験で作成した試料や実際の地球科学試料を用いて微小領域における微量元素の分析方法を検討した。さらには,開発が進んできた超高精度Os,W,Pb同位体測定手法を用いて,40億年前の地球初期に形成したAcasta変成岩,数十億年前のキンバライト,約1億年前のオントンジャワ海台玄武岩,現代の海嶺玄武岩や海洋島玄武岩の同位体分析を開始した。
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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
核-マントル相互作用と地球の初期進化を解明するための技術開発が大幅に進展した。化学的目的に特化した高圧試料のその場イメージング手法について手法を確立した(Nomura and Uesugi, 2016)。現在,技術開発班と合同で地球科学への応用のための技術開発を進めている(Nomura et al., 2017)。 分析に必要な粒径をもつ試料の合成条件の検討を行い,得られた試料について,二次イオン質量分析計による同位体組成の予備的な測定を行った。その結果保持時間の短い試料では,同じ鉱物間でも同位体組成にばらつきが確認されたため,今後より長時間の合成実験を行い平衡に達する条件を探る予定である。 極低ブランク同位体分析のための閉鎖系カラム分離装置を開発した。クリーンルームでの作業手順をひとつひとつ検証し,低ブランクでの超高精度W同位体分析手法を開発した。 核-マントル境界での元素分配を明らかにするため,NanoSIMSを用いて極微小領域における各種元素を精密に分析することを目的とし,試料準備の方法や分析の手法を検討した。分析対象元素の汚染を低減するための方法を模索し,試料を埋め込む材料として,よく使われるエポキシ樹脂の代わりにインジウムを用いて包埋,研磨する方法を検討し汚染物質の低減をはかった。また,実際の地球科学試料を用いて,微小領域の極微量元素を分析する方法を検討した。変形を受けた蛇紋岩化かんらん岩を分析し,変形により生じる鉱物粒界付近の微小な濃度勾配を検出することができた。
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Strategy for Future Research Activity |
核-マントル境界での元素分配,軽元素同位体分配に関する知見を得るために,平成28年度までに開発した高温高圧実験,および,微小領域分析手法を利用して,高温高圧実験を進める。そのために,NanoSIMSを用いた極微小領域における各種元素を精密に分析する方法の開発をさらに推し進める。特にHeの分配,水素の分配実験データの取得を目指す。そのためにも微小領域分析用の標準物質合成の条件を詰め,信頼度の高い標準物質を作成する。核-マントル相互作用と地球の初期深海の解明のために取得した深部起源岩石試料の超高精度W,Os,Pb同位体分析を進め,核-マントル相互作用を示すような同位体的特徴の検証を行い,また,コア-マントルの熱史,同位体進化のモデルを構築する。さらに,理論計算班と連携して,高温高圧実験ではデータを取得するのが困難な元素に関する地球深部での挙動を明らかにする。さらに,核の地震波探査や計算機シミュレーションを行っている地震・電磁気班と共同で,マントルや核-マントル相互作用,地球の初期進化に関して,ざっくばらんな議論を行い,地球物理的マントル対流や核-マントル相互作用のイメージと,地球化学的なそれとの相違点を明確にし,今後の統一的モデル形成のための計画を立てる。
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Research Products
(112 results)
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[Journal Article] Paleoceanographic conditions on the Sao Paulo Ridge, SW Atlantic Ocean, for the past 30 million years inferred from Os and Pb isotopes of a hydrogenous ferromanganese crust2017
Author(s)
K. T. Goto, T. Nozaki, T. Toyofuku, A. H. Augustin, G. Shimoda, Q, Chang, J.-I. Kimura, K. Kameo, H. Kitazato and K. Suzuki
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Journal Title
Deep Sea Research, Part II: Topical Studies in Oceanography
Volume: 146
Pages: 82~92
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Continuous growth of hydrogenetic ferromanganese crusts since 17 Myr ago on Takuyo-Daigo Seamount, NW Pacific, at water depths of 800-5500 m2017
Author(s)
A. Usui, K. Nishi, H. Sato, Y. Nakasato, B. Thornton, T. Kashiwabara, A. Tokumaru, A. Sakaguchi, K. Yamaoka, S. Kato, S. Nitahara, K. Suzuki, K. Iijima and T. Urabe
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Journal Title
Ore Geology Reviews
Volume: 87
Pages: 71~87
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Geochemistry of REY-rich mud in the Japanese Exclusive Economic Zone around Minamitorishima Island2016
Author(s)
K. FUJINAGA, K. YASUKAWA, K. NAKAMURA, S. MACHIDA, Y. TAKAYA, J. OHTA, S. ARAKI, H. LIU, R. USAMI, R. MAKI, S. HARAGUCHI, Y. NISHIO, Y. USUI, T. NOZAKI, T. YAMAZAKI, Y. ICHIYAMA, A. IJIRI, F. INAGAKI, H. MACHIYAMA, K. IIJIMA, K. SUZUKI, Y. KATO, KR13-02 MR13-E02 LEG 2 AND KR14-02 CRUISE MEMBERS
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Journal Title
Geochemical Journal
Volume: 50
Pages: 575-590
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Discovery of extremely REY-rich mud in the western North Pacific Ocean2016
Author(s)
Koichi Iijima, Kazutaka Yasukawa, Koichiro Fujinaga, Kentaro Nakamura, Shiki Machida, Yutaro Takaya, Junichiro Ohta, Satoru Haraguchi, Yoshiro Nishio, Yoichi Usui, Tatsuo Nozaki, Toshitsugu Yamazaki, Yuji Ichiyama, Akira Ijiri, Fumio Inagaki, Hideaki Machiyama, Katsuhiko Suzuki, Yasuhiro Kato and KR13-02 Cruise Members
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Journal Title
Geochemical Journal
Volume: 50
Pages: 557-573
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Combined investigation of H isotopic compositions and U-Pb chronology of young Martian meteorite Larkman Nunatak 063192016
Author(s)
Koike, M., Sano, Y., Takahata, N., Ishida, A., Sugiura, N. Anand, M.
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Journal Title
Geochemical Journal
Volume: 50
Pages: 363-377
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Volatile element isotopes of submarine hydrothermal mineral deposits in the Western Pacific2016
Author(s)
Ooki, M., Kagoshima, T., Takahata, N., Ishibashi, J. Lan, T., Guo, Z., Sano, Y.
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Journal Title
Geochemistry, Geophysics, Geosystems
Volume: 17
Pages: 2128-2142
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Exploring the structural controls on helium, nitrogen and carbon isotope signatures in hydrothermal fluids along an intra-arc fault system2016
Author(s)
Tardani, D., Reich, M., Roulleau, E., Takahata, N., Sano, Y., Perez-Flores, P., Sanchez-Alfaro, P., Cembrano, J., Arancibia, G.
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Journal Title
Geochimica et Cosmochimica Acta
Volume: 184
Pages: 193-211
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Magma-derived CO2 emissions in the Tengchong volcanic field, SE Tibet: Implications for deep carbon cycle at intra-continent subduction zone2016
Author(s)
Zhang, M., Guo, Z., Sano, Y., Zhang, L., Sun, Y., Cheng, Z., T.F. Yang.
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Journal Title
Journal of Asian Earth Sciences
Volume: 127
Pages: 76-90
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] New insight from noble gas and stable isotopes of geothermal/hydrothermal fluids at Caviahue-Copahue Volcanic Complex: boiling steam separation and water interaction at shallow depth2016
Author(s)
Roulleau, E., Tardani, D., Sano, Y., Takahata, N., Vinet, N., Berrios, C., Bravo, F., Muñoz, C., Sanchez, J.
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Journal Title
Journal of Volcanology and Geothermal Research
Volume: 328
Pages: 70-83
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spatial and temporal variations of gas geochemistry at Mt. Ontake, Japan2016
Author(s)
Kagoshima, T., Sano, Y., Takahata, N., Ishida, A., Tomonaga, Y., Roulleau, E., Pinti, D.L., Fischer, T.P., Lan, T., Nishio, Y., Tsunogai, U., Guo, Z.
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Journal Title
Journal of Volcanology and Geothermal Research
Volume: 325
Pages: 179-188
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Soil CO2 flux in hydrothermal areas of the Tatun Volcano Group, Northern Taiwan2016
Author(s)
Wen, H.-Y., Yang, T.F., Lan, T.F., Lee, H.-F., Lin, C.-H., Sano, Y., Chen
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Journal Title
Journal of Volcanology and Geothermal Research
Volume: 321
Pages: 114-124
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Groundwater helium anomaly reflects strain change during the 2016 Kumamoto earthquake in Southwest Japan2016
Author(s)
Sano, Y., Takahata, N., Kagoshima, T., Shibata, T., Onoue, T., Zhao, D.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 37939
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Helium and methane sources and fluxes of shallow submarine hydrothermal plumes near the Tokara Islands, southern Japan2016
Author(s)
Wen, H., Sano, Y., Takahata, N., Tomonaga, Y., Ishida, A., Tanaka, K., Kagoshima, T., Shirai, K., Ishibashi, J. Yokose, Y., Tsunogai, U., Yang , T.F.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 34126
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] 海底鉱物資源とは何か2016
Author(s)
鈴木 勝彦, 池原 研, 石橋 純一郎
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Journal Title
次世代海洋資源調査技術研究開発成果資料集「海底熱水鉱床の成り立ち -調査手法の確立に向けて-」,国立研究開発法人海洋研究開発機構発行
Volume: -
Pages: 9-10
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[Presentation] 3.2 Ga sulfur isotopic heterogeneity of barite and pyrite microcrystals in Pilbara, Western Australia2016
Author(s)
Miki, T., Kiyokawa, S., Takahata, N., Ishida, A., Ito, T., Ikehara, M., Yamaguchi, K.E., Sano, Y.
Organizer
American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting 2016
Place of Presentation
サンフランシスコ(アメリカ)
Year and Date
2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] 3.2 Ga sedimentary environment implied from heterogeneity of sulfur isotopic ratio in barite beds in Pilbara, Western Australia2016
Author(s)
Miki, T., Kiyokawa, S., Takahata, N., Ishida, A., Ito, T., Ikehara, M., Yamaguchi, K.E., Sano, Y.
Organizer
35TH INTERNATIONAL GEOLOGICAL CONGRESS
Place of Presentation
ケープタウン(南アフリカ)
Year and Date
2016-08-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Miocene to Pleistocene osmium isotopic records of the Mediterranean and Atlantic sediments2016
Author(s)
Kuroda J, Jimenez-Espejo FJ, Nozaki T, Gennari R, Lugli S, Manzi V, Roveri M, Flecker R, Sierro F.J, Yoshimura T, Suzuki K and Ohkouchi N
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] An ion-microprobe study of Be-B systematics on CO and CH CAIs2016
Author(s)
Fukuda, K., Fujiya, W., Hiyagon, H., Sugiura, N., Takahata, N., Sano, Y.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] Partitioning behavior of volatiles between apatite and melt in natural andesitic-rhyolitic magmas2016
Author(s)
Dokyu, M., Kogiso. T., Sano, Y., Takahata, N., Ishida, A., Koike, M., Kawakami, T., Yasuda, A.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] 3.2 Ga seawater sulfate condition implied from results of sulfur isotopic analyses for barite crystals in Pilbara, Western Australia2016
Author(s)
Miki, T., Kiyokawa, S., Takahata, N., Ishida, A., Ito, T., Ikehara, M., Yamaguchi, K.E., Sano, Y.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-29
Int'l Joint Research
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[Presentation] Micro-scale δ13C determination by NANOSims in a Juina diamond with a carbonate inclusion2016
Author(s)
Pinti, D.L., Ishida, A., Takahata, N., Bureau, H., Cartigny, P., Sano, Y.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-29
Int'l Joint Research
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[Presentation] PGE signature of an EM-1 mantle source, evidence from Pitcairn basalts2016
Author(s)
Senda, R., Ishikawa, A., Hanyu, T., Kawabata, H., Takahashi, T., Suzuki, K.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Verification of the onion shell model: U-Pb and Pb-Pb dating of H chondrites2016
Author(s)
Onda, S., Hiyagon, H., Fukuda, K., Hayakawa, A., Sugiura, N., Koike, M., Takahata, N., Ishida, A., Sano, Y.
Organizer
Goldschmidt Conference 2016
Place of Presentation
パシフィコ横浜(神奈川横浜市)
Year and Date
2016-06-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] 海底下高温流体の温度と流体量の推定:掘削同時検層と掘削パラメータからのアプローチ2016
Author(s)
濱田 洋平, 斎藤 実篤, 真田 佳典, 正木 裕香, MOE KYAW, 木戸 ゆかり, 熊谷 英憲, 野崎 達生, 鈴木 勝彦, 前田 玲奈, CK14-04航海 乗船者一同, CK16-01航海 乗船者一同
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-26
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[Presentation] 南鳥島周辺EEZ内におけるレアアース泥研究の最新成果2016
Author(s)
加藤 泰浩, 藤永 公一郎, 中村 謙太郎, 安川 和孝, 大田 隼一郎, 高谷 雄太郎, 飯島 耕一, 町田 嗣樹, 野崎 達生, 木村 純一, 鈴木 勝彦, 岩森 光
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-25
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[Presentation] 南鳥島南方海域における超高濃度レアアース泥の分布状況2016
Author(s)
藤永 公一郎, 安川 和孝, 町田 嗣樹, 野崎 達生, 高谷 雄太郎, 大田 隼一郎, 大矢 和孝, 新熊 大生, 西尾 嘉朗, 正木 裕香, 臼井 洋一, 原口 悟, 飯島 耕一, 天川 裕史, 鈴木 勝彦, 中村 謙太郎, 加藤 泰浩
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-25
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[Presentation] AUV「うらしま」で得られた拓洋第5海山南西尾根の微地形2016
Author(s)
飯島 耕一, 正木 裕香, Thornton Blair, 臼井 朗, 西 圭介, 鈴木 勝彦, 北田 数也, 金子 純二, YK15-15 乗船者一同, NT13-13 乗船者一同, KR15-E01 乗船者一同, KR16-01 乗船者一同
Organizer
日本地球惑星科学連合2016年大会
Place of Presentation
幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
Year and Date
2016-05-24
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