海底マンガン酸化物鉱床とレアアース泥の一体解析による統一的成因の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H01361
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中村 謙太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40512083)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安川 和孝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00757742) ; 臼井 洋一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 研究員 (20609862) ; 町田 嗣樹 千葉工業大学, 次世代海洋資源研究センター, 上席研究員 (40444062) ; 大田 隼一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70793579) ; 藤永 公一郎 千葉工業大学, 次世代海洋資源研究センター, 上席研究員 (90409673)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 海底鉱物資源 / 同位体 / 年代決定 / 化学データ解析 / 深層海流

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、以下の結果を得た。

(1) レアアース泥のイクチオリス層序年代の高精度化のために新たな手法の確立を行った。その結果、(a)泥試料からのイクチオリス採取の効率化、(b)イクチオリス鑑定のための新たなスライドグラス作成法の開発、(c)モンテカルロ・シミュレーションを利用したイクチオリス年代の絞り込み手法の改善、を通じて年代の高精度化を達成した。
この手法を用いて得られた太平洋全域のODP/IODPコアの試料についての高精度年代データと、主成分・微量元素組成分析結果を統合して解析した結果、太平洋全域においてレアアースの濃集をもたらす生物源リン酸カルシウムの供給は、新生代を通じて一貫して減少していることが明らかとなった。一方、中新世から現在に向かって大陸源物質の供給が急激に卓越することも明らかとなった。この両者の組み合わせにより、太平洋の深海堆積物中のレアアース濃度は新生代を通じて基本的には低下を続けてきており、特に大陸源物質による希釈の進む中新世以降は急激に低下していることが明らかとなった。

(2) 南鳥島EEZのマンガンノジュール試料については、1mmの層厚で連続的にOs同位体分析を行い、高密度でOs層序年代を決定することに成功した。さらに、得られたOs層序年代をモンテカルロ・シミュレーションを利用して絞り込み、これまでよりも高精度の年代決定を行うこと、およびハイエイタスの規模の推定を行うことにも成功した。その結果、南鳥島マンガンノジュールが形成開始した時代が、下盤の堆積物の年代および同一海域のマンガンクラストの成長速度より推定されていた年代よりもかなり古いことが明らかとなった。さらに、南鳥島マンガンノジュールの成長は、中新世にかなり長期間に渡って成長を停止していた可能性が高いことも明らかとなった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

レアアース泥、マンガンノジュールともに、新たに確立した年代決定手法によって当初計画よりも高密度かつ高精度で形成年代を決定することができた。これにより、考察についてもより詳細な議論が可能となり、考察の進展に多大な好影響がもたらされた。これらを総括的に評価すれば、研究の進展は当初計画を上回っていると言える。

Strategy for Future Research Activity

最終年度である次年度は、本研究の総仕上げとしてレアアース泥とマンガン酸化物鉱床の形成史、およびこれらの資源の成因的関連の全容について包括的な考察を行う．また、これまでに得られた成果の論文発表についても、積極的に進めていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Fine‐scale chemostratigraphy of cross‐sectioned hydrogenous ferromanganese nodules from the western North Pacific (2021)
  • Author(s): Machida, S., Nakamura, K., Kogiso, T., Shimomura, R., Horinouchi, K., Okino, K., and Kato, Y.
  • Journal Title: Island Arc Volume: 30 Pages: e12395
  • DOI: 10.1111/iar.12395
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Auriferous pyrite formed by episodic fluid inputs in the Akeshi and Kasuga high-sulfidation deposits, Southern Kyushu, Japan (2021)
  • Author(s): Ishida, M., Romero, R., Leisen, M., Yasukawa, K., Nakamura, K., Barra, F., Reich, M.,, and Kato, Y.
  • Journal Title: Mineralium Deposita Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s00126-021-01053-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid coupling between solid earth and ice volume during the Quaternary (2021)
  • Author(s): Kuwahara, Y., Yasukawa, K., Fujinaga, K., Nozaki, T., Ohta, J., Sato, H., Kimura, J. -I., Nakamura, K., Yokoyama, Y., and Kato, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 5695
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84448-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stratigraphic Variations of Fe-Mn Micronodules and Implications for the Formation of Extremely REY-Rich Mud in the Western North Pacific Ocean (2021)
  • Author(s): Yasukawa, K., Kino, S., Ohta, J., Azami, K., Tanaka, E., Mimura, K., Fujinaga, K., Nakamura, K., and Kato, Y.
  • Journal Title: Minerals Volume: 11 Pages: 270
  • DOI: 10.3390/min11030270
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geochemical features of Fe-Mn micronodules in deep-sea sediments of the western North Pacific Ocean: Potential for co-product metal extraction from REY-rich mud (2020)
  • Author(s): Yasukawa, K., Kino, S., Azami, K., Tanaka, E., Mimura, K., Ohta, J., Fujinaga, K., Nakamura, K., and Kato, Y.
  • Journal Title: Ore Geology Reviews Volume: 127 Pages: 103805
  • DOI: 10.1016/j.oregeorev.2020.103805
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fish proliferation and rare-earth deposition by topographically induced upwelling at the late Eocene cooling event (2020)
  • Author(s): Ohta, J., Yasukawa, K., Nozaki, T., Takaya, Y., Mimura, K., Fujinaga, K., Nakamura, K., Usui, Y., Kimura, J., Chang, Q., and Kato, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 9896
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66835-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Geochemical features of redox-sensitive trace metals in sediments under oxygen-depleted marine environments (2020)
  • Author(s): Yano, M., Yasukawa, K., Nakamura, K., Ikehara, M., and Kato, Y.
  • Journal Title: Minerals Volume: 10 Pages: 1021
  • DOI: 10.3390/min10111021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chemostratigraphic correlations of deep-sea sediments in the western north pacific ocean: A new constraint on the distribution of mud highly enriched in rare-earth elements (2020)
  • Author(s): Tanaka, E., Nakamura, K., Yasukawa, K., Mimura, K., Fujinaga, K., Ohta, J., Iijima, K., Nozaki, T., Machida, S., and Kato, Y.
  • Journal Title: Minerals Volume: 10 Pages: 272
  • DOI: 10.3390/min10060575
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Geochemical features of organic-rich sediments in the modern ocean (2020)
  • Author(s): Yano, M., Yasukawa, K., Nakamura, K., Ikehara, M. and Kato. Y.
  • Organizer: Goldschmidt conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fish debris and rare-earth deposition event in the latest Eocene revealed by osmium isotope stratigraphy (2020)
  • Author(s): Ohta, J., Yasukawa, K., Nozaki, T., Takaya, Y., Mimura, K., Fujinaga, K., Nakamura, K., Usui, Y., Kimura, J-I., Chang Q. and Kato, Y.
  • Organizer: Goldschmidt conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Marine Os isotope record during the Eocene hyperthermals in the Indian ocean: Implication for Continental Silicate Weathering Feedback (2020)
  • Author(s): Tanaka, E., Yasukawa, K., Ohta, J., Nakamura, K., Ravizza, G. and Kato, Y.
  • Organizer: Goldschmidt conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical leaching characteristics of umber ore samples showing their forming processes (2020)
  • Author(s): Takaya, Y., Fujinaga, K., Nozaki, T. and Kato, Y.
  • Organizer: Goldschmidt conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrothermal activity in petit-spot: last hydrothermal alteration of lithosphere before subduction (2020)
  • Author(s): Azami, K., Machida, S., Hirano, N. and Kato, Y.
  • Organizer: Goldschmidt conference 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥研究の現状と課題 (2020)
  • Author(s): 加藤泰浩・安川和孝・中村謙太郎・藤永公一郎・高谷雄太郎・ 大田隼一郎・町田嗣樹・見邨和英・田中えりか・野崎達生・飯島耕一
  • Organizer: 第36回希土類討論会大会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥を用いたレアアース精製と製品試作 (2020)
  • Author(s): 藤永公一郎・高谷雄太郎・室田忠俊・小野 茂・治田晃男・堂本幸輝・ 村崎嘉典・塩原雅美・藤井 昇・原田陽夫・野崎達生・足立吟也・加藤泰浩
  • Organizer: 第36回希土類討論会大会
• [Presentation] 堆積年代に基づく超高濃度レアアース泥の成因の解明 (2020)
  • Author(s): 大田隼一郎・安川和孝・野崎達生・髙谷雄太郎・見邨和英・藤永公一郎・ 中村謙太郎・臼井洋一・木村純一・常 青・加藤泰浩
  • Organizer: 第36回希土類討論会大会
• [Presentation] 南鳥島レアアース泥の化学層序：超高濃度レアアース泥分布域推定への示唆 (2020)
  • Author(s): 田中えりか・ 安川和孝・中村謙太郎・見邨和英・藤永公一郎・町田嗣樹・飯島耕一・野崎達生・ 加藤泰浩
  • Organizer: 第36回希土類討論会大会
• [Presentation] REY-rich mud in the western North Pacific Ocean: An overview and implication for Earth system dynamics (2020)
  • Author(s): 加藤泰浩・安川和孝・大田隼一郎・田中えりか・見邨和英・藤永公一郎・中村謙太郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] REY-rich mud in the modern and past oceans (2020)
  • Author(s): 加藤泰浩・安川和孝・大田隼一郎・藤永公一郎・中村謙太郎
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 独立成分分析に基づく現世海洋の有機物に富む堆積物の統計的特徴 (2020)
  • Author(s): 矢野萌生・安川和孝・中村謙太郎・池原実・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Fish debris and rare-earth deposition caused by topographically induced upwelling in the latest Eocene (2020)
  • Author(s): 大田隼一郎・安川和孝・野崎達生・高谷雄太郎・見邨和英・藤永公一郎・中村謙太郎・臼井洋一・木村純一・常 青・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] 多変量解析及び同位体分析に基づく北西太平洋深海堆積物の地球化学的特徴 (2020)
  • Author(s): 安川和孝・田中えりか・宮崎 隆・Bogdan Vaglarov・常 青・大田隼一郎・中村謙太郎・藤永公一郎・町田嗣樹・岩森 光・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Chemostratigraphy of ferromanganese crusts based on Independent Component Analysis (2020)
  • Author(s): 浅見慶志朗・常 青・木村純一・安川和孝・中村謙太郎・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 氷期－間氷期サイクルにおける固体地球のフィードバック応答：海洋 Os 同位体マスバランスに基づく制約 (2020)
  • Author(s): 桑原佑典・安川和孝・藤永公一郎・野崎達生・大田隼一郎・佐藤峰南・木村純一・中村謙太郎・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] 十和田湖周辺地域における「ジオ」の魅力の再発見とその地域振興への展望 (2020)
  • Author(s): 桑原佑典・石田美月・小林澪生・大沼勝弥・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 前期始新世超温暖化イベントからの回復過程における生物生産フィードバックに関する研究：中央北太平洋と南インド洋の比較 (2020)
  • Author(s): 佐藤孝志郎・安川和孝・大田隼一郎・浅見慶志朗・中村謙太郎・藤永公一郎・池原実・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Invited
• [Presentation] The Renaissance of the oldest oceanic plate: Perspective of REY-rich mud as a paleoceanographic archive in a pelagic realm of the Pacific Ocean (2020)
  • Author(s): 田中えりか・安川和孝・中村謙太郎・大田隼一郎・野崎達生・臼井洋一・藤永公一郎・飯島耕一・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] Origin of ferromanganese nodules in the Minamitorishima EEZ (2020)
  • Author(s): 中村謙太郎・寺内大貴・下村 遼・町田嗣樹・安川和孝・藤永公一郎・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
• [Presentation] 遠洋性粘土の年代決定に向けた魚類の歯化石 (イクチオリス) の効率的な収集・観察方法の開発 (2020)
  • Author(s): 見邨和英・三鍋秀悟・大田隼一郎・中村謙太郎・安川和孝・藤永公一郎・高尾和宏・加藤泰浩
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会