2016 Fiscal Year Research-status Report
フォッシルフルイドを用いた上部マントルの流体組成マッピング
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16K13903
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 美千彦 東北大学, 理学研究科, 教授 (70260528)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 地球深部流体 / 二面角 / 捕獲岩 / 揮発性成分 / 連結度 / MT法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、Bullen Merri, Girona, Lanzarote, 一の目潟など世界各地のマントル捕獲岩から分離した粒子の表面分析と同時に、特に一の目潟産捕獲岩を中心に記載岩石的研究を行い、捕獲岩がマグマに取り込まれる直前に化学平衡にあった温度圧力条件と熱史を、鉱物学的温度圧力計から求めた。またドイツ・Eifel火山について、ヘルムホルツ海洋研究センターのシュミンケ名誉教授から、捕獲岩試料の構成岩石種の比率など産状の全体像についての情報提供を受けた。さらに、分離した粒子の表面観察方法に検討を加え、従来のマルチアングル走査電子顕微鏡に加えて、レーザー共焦点顕微鏡を用い、大きめのDimpleの場合には、三次元形状の測定がより精密に行えるようになることがわかった。
また同時に、捕獲岩が取り込まれた最上部マントル条件における、CHO-NaCl系流体とカンラン石間の二面角を求める高温高圧実験を開始した。温度はまず1000℃で固定し、圧力（１～３GPa）と化学組成を変数として実験を行った。２・３GPaの実験は、バイロイト地球科学研究所において実施した。1 GPaの実験では実験産物が酸化的となり磁鉄鉱が晶出してしまいカンラン石の組成がMg-richとなったため、セルに改良を施し、出発物質のMg/Fe比が実験中に大きく変化しないデザインを確立した。いずれの実験でも、組織平衡にある三重点を持つ多結晶体の合成に成功している。まだ二面角の定量化には至っていないものの、実験産物の研磨面の観察から、予察的な結果が得られつつある。スラブの脱水によって放出される流体組成には、CO2とNaClが含まれるという報告があるので、沈み込み帯での主要な流体組成とかんらん岩との二面角について制約が与えられる可能性が出てきた。
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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
記載的研究については、主要な産地の捕獲岩試料について、鉱物学的温度圧力計から、最終平衡条件を算出し、それらが流体を含むマントル橄欖岩のソリダスよりやや低い温度条件であることがほぼ明らかになっている。これは、捕獲岩の粒間に存在する流体組成が、捕獲岩を取り込んだマグマとなんらかの成因関係にあることを示唆し、今後の流体組成の解釈の方向性がすでに示されている。また高温高圧実験による二面角の測定では、３GPaまでの実験を成功させ、酸化還元状態や、カプセルへのFeロス、CO2を含む系におけるMgCO3の安定領域などの問題を解決し、セルデザインを確立して、あとは実験数を増やす態勢に入っている。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
解析する捕獲岩サンプル数を増やし、記載岩石学的研究による平衡温度・圧力条件、および熱史の解明を行う。また１～３GPaにおける二面角測定実験を、実験条件を追加して行う。まず1000℃における、CO2, NaCl組成の流体組成依存性を系統的に明らかにする。次に、１GPa, 3GPaにおける温度依存性を系統的に調べる。記載的研究から求めた温度圧力条件と、実験から求めた二面角の組成依存性を合わせて、各地の捕獲岩が組織平衡に達した流体組成を明らかにし、テクトニックセッティングによる流体組成の相違とその意義を議論する。さらに、二面角から予測される流体の連結度と、MT法観測によって求められている最上部マントル～下部地殻での電気比抵抗とを比較し、流体の存在やその量、部分溶融の可能性について考察する。これらの結果を論文としてまとめる。
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| Causes of Carryover |
3/4インチ径のピストンシリンダー実験としては比較的高圧条件となる、2，3GPaでの実験において、高価なタングステンカーバイド製のピストンやシリンダーが破損する可能性があったが、バイロイト地球科学研究所との共同研究により、破損なく実験を行うことができた。また能率的に実験条件を決定することができたため、貴金属カプセル類の消耗も比較的少量で済んだ。さらに、間接経費を効果的に使用することで、当初予定よりも効率的に実験を進めることができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
粒子の抜け落ちのため、作成が難しい、捕獲岩の岩石薄片の外注製作費用、高温高圧実験の消耗品、実験産物の観察に用いる電界放出型走査電子顕微鏡の維持費・消耗品、学会における成果発表・情報収集のための参加費・旅費、学会予稿や論文の英文校閲費等に使用する。
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