Geological and geophysical background of subseafloor hydrothermal systems "TAIGA"

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Project TAIGA: Trans-crustal Advection and In-situ biogeochemical processes of Global sub-seafloor Aquifer
• Project/Area Number: 20109002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 沖野 郷子 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (30313191)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 海野 進 金沢大学, 自然システム学系, 教授 (30192511) ; 島 伸和 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30270862) ; 佐藤 暢 専修大学, 経営学部, 准教授 (50365847) ; 篠原 雅尚 東京大学, 地震研究所, 教授 (90242172) ; 野木 義史 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (90280536)
• Project Period (FY): 2008-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 海底熱水系 / テクトニクス / 岩石学 / 地球物理探査 / 南部マリアナトラフ / 中央インド洋海嶺

Outline of Annual Research Achievements

本領域研究は海底熱水系は「海底下の大河」であり、その生態系の一次生産者の使う還元物質により「水素」「イオウ」「メタン」、そして「鉄の大河」の4つに分類されるという仮説を提唱した。特に領域中A01班にあたる本研究では、「イオウの大河」マリアナトラフと「水素の大河」中央インド洋海嶺において総合的な地質・地球物理学的探査を行い、それぞれの大河を規制する地質学的な背景を明らかにした。
「イオウの大河」南部マリアナ熱水域では、自律型海中探査機(AUV)を利用して得られた精密な地形・地磁気データの解析を元に熱水域に特有の微地形、熱水循環による磁化の減少を発見し、さらに磁化減少域が海嶺軸部と軸から離れた場所で広さがまったく異なることを示した。また、地震計・海底電位差磁力計による観測を行い深部構造を明らかにした。観測期間中には自然地震がほとんど検知されず、マグマだまりと見られる低速度構造が見いだされたことから、主にマグマ活動の盛衰に規制された熱水系であることがわかった。また、海底電位差磁力計データから推定した上部マントル比抵抗構造により、島弧と背弧の火成活動の両方の影響があることを明らかにした。
中央インド洋海嶺Kairei熱水フィールド「水素の大河」では、地形・地磁気・重力等による調査とドレッジと潜水船による集中的な岩石採取を実施した。その結果、熱水系周辺に地下深部物質（ガブロ・カンラン岩類）が露出する構造が複数存在し、マグマが欠乏した環境下でのテクトニックな拡大が数百万年にわたって優勢であったことを明らかにした。熱水の組成と併せて考察すると、Kaireiフィールドはテクトニクスに起因するガブロ・カンラン岩類の存在と海嶺軸部の火成活動との双方に規制されるとわかった。地震観測の結果からは、Kaireiフィールドの北で断層活動が現在起きていることを示唆する微小地震分布が明らかになっている。

Research Progress Status

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ectonic background of four hydrothermal fields along the Central Indian Ridge (2014)
  • Author(s): Okino, K., K. Nakamura, and H. Sato
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Petrology and geochemistry of mid-ocean ridge basalts from the southern Central Indian Ridge (2014)
  • Author(s): Sato, H., Nakamura, K., Kumagai, H., Senda, R., Morishita, T., Tamura, A., Arai, S.
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Petrography and geochemistry of basement rocks drilled from Snail, Yamanaka, Archean, and Pika hydrothermal vent sites at the Southern Mariana Trough by Benthic Multi-coring System (BMS) (2014)
  • Author(s): Nakamura, K, Sato, H., Fryer, P., Urabe, T., TAIGA10M Shipboard Scientific Party
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The mantle dynamics, the crustal formation, and the hydrothermal activity of the Southern Mariana Trough back-arc Basin (2014)
  • Author(s): Seama, N.
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric seafloor spreading of the Southern Mariana Trough back-arc basin (2014)
  • Author(s): Seama, N and Okino, K.
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical resistivity structure of the Snail site at the Southern Mariana Trough spreading center (2014)
  • Author(s): Matsuno, T., M. Kimura, and N. Seama
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Seismic structure and seismicity in the Southern Mariana Trough and their relation to hydrothermal activity (2014)
  • Author(s): Toshinori Sato, Mariko Mizuno, Hiroyoshi Takata, Tomoaki Yamada, Takehi Isse, Kimihiro Mochizuki, Masanao Shinohara, Nobukazu Seama
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Petrology of peridotites and related gabbroic rocks around the Kairei hydrothermal field in the Central Indian Ridge (2014)
  • Author(s): Morishita, T., Nakamura, K.., Shibuya, T., Kumagai, H., Sato, T., Okino, K., Sato, H., Nauchi, R., Hara, K. and Takamaru, R.
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrothermal activity in the Okinawa Trough back-arc basin - geological background and hydrothermal mineralization - (2014)
  • Author(s): J. Ishibashi, F.Ikegami, T. Tsuji, and T. Urabe
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Active rifting structures in Iheya Graben and adjacent area of the mid-Okinawa Trough observed through seismic reflection surveys (2014)
  • Author(s): F. Ikegami, T. Tsuji, H. Kumagai, J. Ishibashi, and K. Takai
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Brief report of side-scan sonar imagery observations of the Archaean, Pika, and Urashima hydrothermal sites (2014)
  • Author(s): Miho Asada, Shuro Yoshikawa, Nobutatsu Mochizuki, Yoshifumi Nogi, Kyoko Okino
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
• [Journal Article] Examination of volcanic activity: AUV and submersible observations of fine-scale lava flow distributions along the Southern Mariana Trough spreading axis (2014)
  • Author(s): Miho Asada, Shuro Yoshikawa, Nobutatsu Mochizuki, Yoshifumi Nogi, Kyoko Okino
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
• [Journal Article] Brief report of side-scan sonar observations around the Yokoniwa NTO massif, (2014)
  • Author(s): Miho Asada, Kyoko Okino, Hisashi Koyama, Akira Asada, Tamaki Ura
  • Journal Title: Ishibashi, J., Okino, K., Sunamura, M. (Eds.), Subseafloor Biosphere Linked to Global Hydrothermal Systems; TAIGA Concept. Springer Japan, Tokyo Volume: - Pages: -
  • DOI: -
• [Journal Article] Robust magnetotelluric inversion (2014)
  • Author(s): Matsuno, T., A. D. Chave, A. G. Jones, M. R. Muller, and R. L. Evans
  • Journal Title: Geophys. J. Int. Volume: 196 Pages: 1365-1374
  • DOI: 10.1093/gji/ggt484
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrothermal heat mining in an incoming oceanic plate due to aquifer thickening: Explaining the high heat flow anomaly observed around the Japan Trench (2014)
  • Author(s): Kawada, Y.
  • Journal Title: Geochem. Geophys. Geosyst. Volume: 15 Pages: -
  • DOI: 10.1002/2014GC005285
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of a new hydrothermal vent based on an underwater. high-resolution geophysical survey (2013)
  • Author(s): Nakamura K., T. Toki, N. Mochizuki, M. Asada, J. Ishibashi, Y. Nogi, S. Yoshikawa, J. Miyazaki and K. Okino
  • Journal Title: Deep-Sea Research I Volume: 174 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.dsr.2012.12.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of a new hydrothermal vent based on magnetic and acoustic surveys (2013)
  • Author(s): K. Okino, K. Nakamura, Y. Nogi, M. Fujii, N. Mochizuki, M. Asada and C. Honsho
  • Journal Title: Underwater Technology Symposium (UT), 2013 IEEE International Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1109/UT.2013.6519827
• [Journal Article] Developing near-bottom magnetic measurements using a 3D forward moiling technique: Application to hydrothermal vent fields (2013)
  • Author(s): Fujii M., Okino K., Honsho C., Dyment J., Szitkar F., and Mochizuki N.
  • Journal Title: Underwater Technology Symposium (UT), 2013 IEEE International Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1109/UT.2013.6519860
• [Journal Article] Mg-rich clay mineral formation associated with marine shallow-water hydrothermal activity in an arc volcanic caldera setting (2013)
  • Author(s): Miyoshi, Y., Ishibashi, J.-I., Faure, K., Maeto, K., Matsukura, S., Omura, A., Shimada, K., Sato, H., Sakamoto, T., Uehara, S., Chiba, H., Yamanaka, T.
  • Journal Title: Chemical Geology Volume: 355 Pages: 28-44
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2013.05.033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magmatic activities on the Southwest Indian Ridge between 35°E and 40°E, the closest segment to the Marion hotspot (2013)
  • Author(s): Sato, T., Okino, K., Sato, H., Mizuno, M., Hanyu, T., Seama, N.
  • Journal Title: Geochemistry, Geophysics, Geosystems Volume: 14 Pages: -
  • DOI: 10.1002/2013GC004814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A continuously towed vertical bipole source for marine magnetometric resistivity surveying, (2013)
  • Author(s): Seama, N.
  • Journal Title: Earth Planets Space Volume: 65 Pages: 883-891
  • DOI: 10.5047/eps.2013.03.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New Packer Experiments and Borehole Logs in Upper Oceanic Crust: Evidence for Ridge-parallel Continuity in Crustal Hydrogeological Properties (2013)
  • Author(s): K. Becker, A.T. Fisher, and T. Tsuji,
  • Journal Title: Geochemistory, Geophysics, Geosystems Volume: 14 Pages: -
  • DOI: 10.1002/ggge.20201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] IODP Expedition 327 and Atlantis Expedition AT 18-07: Observatories and Experiments on the Eastern Flank of the Juan de Fuca Ridge, (2012)
  • Author(s): A.T. Fisher, T. Tsuji, K. Petronotis, C.G. Wheat, K. Becker, J.F. Clark, J. Cowen, K. Edwards, H. Jannasch
  • Journal Title: Scientific Drilling Volume: 13 Pages: 4-11
  • DOI: 10.2204/?iodp.sd.13.01.2011
• [Presentation] 南マリアナトラフ背弧海盆の海底拡大系における地球物理学 (2014)
  • Author(s): 島伸和
  • Organizer: ブルーアース2014
  • Place of Presentation: 東京海洋大学（東京）
  • Year and Date: 2014-02-19 – 2014-02-20
• [Presentation] Gondwana subduction-modified mantle domain prevents magmatic seafloor generation in the Central Indian Ridge (2013)
  • Author(s): Morishita, T
  • Organizer: American Geophysical Union, fall meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ（米国）
  • Year and Date: 2013-12-09 – 2013-12-13
• [Presentation] 南マリアナトラフ熱水地域における地震波速度構造と地震活動 (2013)
  • Author(s): 佐藤利典
  • Organizer: 海底拡大系の総合研究：現状と将来 –InterRidge- Japan研究集会
  • Place of Presentation: 東京大学大気海洋研究所（千葉）
  • Year and Date: 2013-11-12
• [Presentation] Upper mantle electrical resistivity structure beneath the Southwest Indian Ridge 37ºE (2013)
  • Author(s): 松野哲男
  • Organizer: Japan-Korea Marine Geoscience Symposium on Global Open Ocean Studies
  • Place of Presentation: 東京大学大気海洋研究所（千葉）
  • Year and Date: 2013-11-12
• [Presentation] Geophysical investigations of Rodriguez Triple Junction and southern Mariana Trough back-arc basin (2013)
  • Author(s): Seama, N.
  • Organizer: Japan-Korea Marine Geoscience Symposium on Global Open Ocean Studies
  • Place of Presentation: 東京大学大気海洋研究所（千葉）
  • Year and Date: 2013-11-12
• [Presentation] インド洋Kairei熱水フィールドの地質・地球物理学的背景ー大河プロジェクトの成果ー (2013)
  • Author(s): 沖野郷子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] 南部マリアナ背弧海盆の地球物理学成果：マントルから熱水活動域まで (2013)
  • Author(s): 島伸和
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] 南マリアナトラフ熱水地域における地震波速度構造と地震活動 (2013)
  • Author(s): 佐藤利典
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] インド洋 Yokoniwa Rise におけるr2D4高解像度音響調査の報告 (2013)
  • Author(s): 浅田 美穂
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] Petrology of peridotites in the southern part of the Central Indian Ridge: Implications for ocean floor formation (2013)
  • Author(s): 森下知晃
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] 沈み込むプレート内で起こる熱水循環を考慮した沈み込み熱帯モデルの構築とその日本近海の熱流量異常への応用 (2013)
  • Author(s): 川田佳史
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉）
  • Year and Date: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [Presentation] Insight Into the Thermal Structure of the Upper Oceanic Crust Using Crystal-size Geothermometer - Method (2012)
  • Author(s): Umino, S.
  • Organizer: AOGS - AGU (WPGM) Joint Assembly 2012
  • Place of Presentation: シンガポール
  • Year and Date: 2012-08-13 – 2012-08-17
• [Remarks] 「海底下の大河」領域紹介
  • URL: http://www-gbs.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~taiga/
• [Remarks] 広い海底の下、大河は流れる ～海底熱水系をさぐる
  • URL: http://www.aori.u-tokyo.ac.jp/research/topics/2009/2009_ORI16.html