Serpentinization and carbonation in the mantle wedge by seawater-originated subduction-zone fluids

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01178
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Kawamoto Tatsuhiko 静岡大学, 理学部, 教授 (00303800)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市山 祐司 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (90625469)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 海水 / マントル / 水岩石相互作用 / 流体包有物 / 高温高圧実験 / 熱力学計算

Outline of Final Research Achievements

The supply of seawater by plate subduction can carbonate the mantle wedge along with hydration. In this study, hydration and carbonation due to interaction between seawater-origin fluids and mantle wedge are investigated by (1) chemical composition of fluid inclusions in carbonates in serpentinites and (2) high temperature and pressure experiments in which olivine or serpentinite and clinopyroxene react with water-carbon dioxide mixed fluids. The results show that (1) calcite in the muds of serpentinite seamounts in the Mariana Trench contains saline water similar to seawater. (2) At 180 MPa, talc, magnesite, and dolomite can be stable at 350-400°C, while magnesite, quartz, and dolomite can be stable at 300°C.

Free Research Field

固体地球科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地表の海域は文字通り海水に覆われている。海水自身は地球内部から火山活動などによって出てきた水に、地球表層の岩石の塩類が溶け込んだものである。その海水がプレートを水和、炭酸塩化して、海溝から沈み込むことによって地球内部に海水を戻していると提案する。これまでにも岩石の希ガスの同位体存在度などに基づいて、海水がマントルに沈み込んでいると考える研究者はいた (Holland and Ballentine, 2006, Nature) が、海水起源流体とマントルウェッジの相互作用による水和と炭酸塩化を流体包有物に基づいて研究する例はなかった。