沈み込むスラブからマントルウェッジへの水流体の化学組成の変化

• 研究課題/領域番号: 16H04075
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 静岡大学 (2018-2019); 京都大学 (2016-2017)
• 研究代表者: 川本 竜彦 静岡大学, 理学部, 教授 (00303800)
• 研究分担者: 重野 未来 北九州市立自然史・歴史博物館, 自然史課, 受託研究生 (90749558) ; 森 康 北九州市立自然史・歴史博物館, 自然史課, 学芸員 (20359475)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2016年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
• キーワード: 沈み込み帯 / 流体包有物 / 硫酸塩 / 海水 / 塩水 / 炭酸塩 / マントル / 炭酸塩鉱物 / オフィオライト / 炭酸塩岩化作用 / 塩濃度 / スラブ流体 / 高圧変成岩 / ヒスイ輝石岩 / 沈み込みチャネル / 海水の循環 / 蛇紋岩 / メランジュ / 二酸化炭素 / メタン / 変成作用 / マグマ / 硫黄 / 酸素雰囲気 / スラブ / カルクアルカリ / マントルウェッジ

研究成果の概要

沈み込むスラブとマントルウェッジの岩石中の流体包有物の化学組成を知ることによって、沈み込み帯深部での水流体の化学組成の空間変化の理解を目指した。マントル捕獲岩中の塩水流体包有物から硫酸塩イオンを発見したのが、最大の研究成果であった。また、電子銃つき集束イオンビーム加工機を用いて、電子顕微鏡の中で流体を凍らせたまま表面研磨し、エネルギー分散型X線検出器により化学組成を決定することに挑戦した。その他、蛇紋岩メランジュ中のヒスイ輝石岩中の流体包有物の塩濃度を測定し、沈み込み帯流体の化学組成の特徴とその空間変化を、世界に先駆けて解明することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日本海溝や南海トラフから沈み込む海洋プレートから日本列島の下のマントルへ、水に富む流体が絶えず供給される。研究代表者たちは、流体の化学組成を岩石の中にトラップされた微小なカプセル(流体包有物)の化学組成を研究した。その結果、火山によってマントルから運ばれてきた岩石中の塩水流体包有物に炭酸塩イオンと硫酸塩イオンを発見した。これにより、沈み込み帯深部で海洋プレートから日本列島の下に供給されている塩水は海水由来であり、有馬や宝塚の温泉として涌き出すとともに、マントルを酸化する原因であると提案する。この提案により、日本列島に存在する非火山性温泉や火山岩の化学的特徴をよりよく理解することができる。

研究成果

• [国際共同研究] ブレーズパスカル大学/ESRF(フランス)
• [国際共同研究] ルール大学(ボッフム)(ドイツ)
• [国際共同研究] Ruhr- University(Germany)
• [国際共同研究] University of Wisconsin-Madison(米国)
• [国際共同研究] University of Salzburg(Austria)
• [国際共同研究] University of Oxford/University of Manchester(United Kingdom)
• [雑誌論文] Melting behavior of SiO2 up to 120 GPa (2020)
  • 著者名/発表者名: Andrault, D., Morard, G., Garbarino, G., Mezouar, M., Bouhifd, M. A., Kawamoto, T.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 47 号: 2
  • DOI: 10.1007/s00269-019-01077-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two groups of fluid inclusions in the Yunotani eclogite from the Hida–Gaien Belt: Implications for changes of fluid salinity during exhumation (2019)
  • 著者名/発表者名: SHINJI Yuzuki、TSUJIMORI Tatsuki、KAWAMOTO Tatsuhiko
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 114 号: 6 ページ: 302-307
  • DOI: 10.2465/jmps.190729
  • NAID: 130007789002
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluid inclusions in jadeitite and jadeite-rich rock from serpentinite melanges in northern Hispaniola: trapped ambient fluids in a cold subduction channel (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, T., Hertwig, A., Schertl, H.-P., Maresch, W. V.
  • 雑誌名: Lithos 巻: 308-309 ページ: 227-241
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2018.02.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 地球内部の水とマグマについての覚え書き (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本竜彦
  • 雑誌名: 岩石鉱物科学 巻: 47 号: 1 ページ: 13-26
  • DOI: 10.2465/gkk.180108
  • NAID: 130006516913
  • ISSN: 1345-630X, 1349-7979
• [雑誌論文] Chemical composition of fluid inclusions in the Yorii jadeite–quartz rocks from the Kanto Mountains, Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: FUKUYAMA Mayuko、KAWAMOTO Tatsuhiko、OGASAWARA Masatsugu
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 112 号: 5 ページ: 281-290
  • DOI: 10.2465/jmps.170331
  • NAID: 130006201357
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Slab-derived halogens and noble gases illuminate closed system processes controlling volatile element transport into the mantle wedge (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, M., Sumino, H., Nagao, K., Burgess, R., Ishimaru, S., Arai, S., Yoshikawa, M., Kawamoto, T., Kumagai, Y., Kobayashi, T., Burgess, R., Ballentine, C.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 457 ページ: 106-116
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2016.10.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Mineralogy and Petrology (2017)
  • 著者名/発表者名: Geiger, C. A., Kawamoto, T.
  • 雑誌名: in: White, W.M. (Ed.), Encyclopedia of Geochemistry: A Comprehensive Reference Source on the Chemistry of the Earth, Springer International Publishing 巻: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/978-3-319-39193-9_311-2
  • ISBN: 9783319121277
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] (FeH)1-xTixO2: a new water carrier to the mantle transition zone (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, T.
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 101 号: 5 ページ: 1021-1022
  • DOI: 10.2138/am-2016-5643
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aqueous fluids and sedimentary melts as agents for mantle wedge metasomatism, as inferred from peridotite xenoliths at Pinatubo and Iraya volcanoes, Luzon arc, Philippines (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, M. Tamura, A., Arai, S., Kawamoto, T., Payot, B. D., Rivera, D. J., Bariso, E. B., Mirabueno, Ma. H. T., Okuno, M., Kobayashi, T.
  • 雑誌名: Lithos 巻: 262 ページ: 355-368
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2016.07.008
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Low-salinity aqueous fluid inclusions in dolomite veins of a listvenite of Oman Drilling Project Phase 1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Kawamoto, Hiroki Sato, Toma Takahashi, Juan Miguel Guotana, Tomoaki Morishita, Peter B. Kelemen, Jude Ann Coggon, Michelle Harris, Juerg Michael Matter, Katsuyoshi Michibayashi, Eiichi Takazawa, Damon A. H. Teagle, The Oman Drilling Project Phase 1 Science Party
  • 学会等名: International Conference on Ophiolites and the Oceanic Lithosphere: Results of the Oman Drilling Project and Related Research
  • 国際学会
• [学会発表] Mineralogy of Oman listvenite and related serpentinite from the Hole BT1B of the Oman Drilling Project (2020)
  • 著者名/発表者名: Toma Takahashi, Tomoaki Morishita, Yumiko Harigane, Tatsuhiko Kawamoto, Oman Drilling Project PhaseⅠScience Party
  • 学会等名: International Conference on Ophiolites and the Oceanic Lithosphere: Results of the Oman Drilling Project and Related Research
  • 国際学会
• [学会発表] Oman Drilling Project Phase 1 のリストヴェナイト中のドロマイト脈に薄い塩水からなる流体包有物があるぜよ (2019)
  • 著者名/発表者名: 川本 竜彦、佐藤 宏樹、髙橋 藤馬、Juan Miguel Guotana、森下 知晃、Peter Kelemen、Jude Coggon、Michelle Harris、Juerg Matter、道林 克禎、高澤 栄一、Damon Teagle、The Oman Drilling Project Phase 1 Science Party
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] オマーンに産するリストベナイトの岩石学: 沈み込み帯の炭素循環の解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 髙橋 藤馬、森下 知晃、佐藤 宏樹、 Guotana Juan、川本 竜彦、Peter Kelemen、Jude Coggon、Michelle Harris、Juerg Matter、道林 克禎、高澤 栄一、Damon Teagle、The Oman Drilling Project Phase 1 science Party
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] A fluid inclusion study from the late Paleozoic retrograde eclogite from the Yunotani Valley of the Omi area, Hida-Gaien Belt, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: 進士 優朱輝、辻森 樹、川本 竜彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] Coordinated sample preparation with cryo-FIB-SEM and X-ray CT: Applications to chemical analysis for fluid inclusions in minerals (2019)
  • 著者名/発表者名: 兒玉 優、富岡 尚敬、川本 竜彦、黒田 潤一郎、村山 雅史、伊藤 元雄
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] 流体包有物に記録されている沈み込み帯流体の塩濃度 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川本 竜彦
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] Major components and salinity of slab-derived fluids: insights from fluid inclusions in jadeitites and jadeite-quartz rocks (2017)
  • 著者名/発表者名: Miki Shigeno, Yasushi Mori, Tatsuhiko Kawamoto, Tadao Nishiyama
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] Sulfate in fluid inclusions of the Pinatubo harzburgite xenoliths as slab-derived oxidiser in the mantle wedge (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Kawamoto, Masako Yoshikawa, Mitsuru Okuno, Tetsuo Kobayashi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] マントル捕獲岩（ピナツボ火山）中のかんらん石に含まれる流体包有物としての負晶の3次元形状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村 隆太、土｀山 明、三宅 亮、瀧川 晶、高山 亜紀子、中野 司、上杉 健太郎、竹内 晃久、川本 竜彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] Volatile element transport within a closed system constrained by halogens and noble gases in mantle wedge peridotites (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Kobayashi, Hirochika Sumino, Keisuke Nagao, Satoko Ishimaru, Shoji Arai, Masako Yoshikawa, Tatsuhiko Kawamoto, Yoshitaka Kumagai, Tetsuo Kobayashi, Ray Burgess, Chris Ballentine
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] An oxidizing agent of the wedge mantle: sulfate in saline fluid inclusions in harzburgite xenoliths from Pinatubo (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Kawamoto, Jun-Ichi Kimura, Qing Chang, Masako Yoshikawa, Mitsuru Okuno, Tetsuo Kobayashi
  • 学会等名: IAVCEI 2017 Sceintific Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] 地球内部の水とマグマ 私の運鈍根 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川本竜彦
  • 学会等名: 日本鉱物科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ピナツボ火山1991年噴出物のマントル捕獲岩に含まれる塩水包有物のナトリウムとカリウムの比 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川本竜彦、木村純一、 常青、 芳川雅子、 奥野充、 小林哲夫
  • 学会等名: 日本火山学会秋季大会
• [学会発表] An oxidizing agent of the wedge mantle: Sulfate in saline fluid inclusions in harzburgite xenoliths from Pinatubo (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Kawamoto, Jun-Ichi Kimura, Qing Chang, Masako Yoshikawa, Mitsuru Okuno, Tetsuo Kobayashi
  • 学会等名: アメリカ地球物理学連合
  • 国際学会
• [学会発表] サブダクションチャネルとマントルウェッジを通って海洋から火山へ塩水が循環する (2016)
  • 著者名/発表者名: 川本竜彦
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2016年年会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県、金沢市)
  • 年月日: 2016-09-23
• [学会発表] ヒスイ輝石岩類と曹長岩類の流体包有物からのスラブ流体へのアプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 重野未来, 森康, 川本竜彦, 西山忠男
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2016年年会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県、金沢市)
  • 年月日: 2016-09-23
• [学会発表] Silica-Rich Aqueous Fluids from Dehydrating Serpentine to Form Talc as Lubricant for Slab-Mantle Interfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishizaki, R. & Kawamoto, T.
  • 学会等名: Goldschmidt conference
  • 発表場所: Pacifico Yokohama (神奈川県、横浜市)
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Importance of Being Salty: Salinity of Fluid Inclusions in Subduction Channels and Mantle Wedges (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, T.
  • 学会等名: Goldschmidt conference
  • 発表場所: Pacifico Yokohama (神奈川県、横浜市)
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Trace Element Signature for Fluid-Inclusion Bearing Olivines in the Pinatubo Harzburgite Xenolith (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa, M., Shibata, T., Kawamoto, T., Arai, S., John Rivera D., Bariso, E. B., Okuno, M. & Kobayashi, T.
  • 学会等名: Goldschmidt conference
  • 発表場所: Pacifico Yokohama (神奈川県、横浜市)
  • 年月日: 2016-06-26
• [学会発表] Importance of being salty: Elemental partitioning between melts and aqueous fluids and salinity of fluid inclusions from subduction channels and mantle wedges (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, T.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県、千葉市)
  • 年月日: 2016-05-22
• [学会発表] On the coexistence of high-Mg andesites and ultramafic volcanic rocks (2016)
  • 著者名/発表者名: Mibe, K., Kawamoto, T., Ono, S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県、千葉市)
  • 年月日: 2016-05-22
  • 招待講演
• [図書] 静岡の大規模自然災害の科学, 沈み込んだ海水が火山を作る (川本竜彦がコラム執筆) (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩田孝仁、北村晃寿、小山真人(編)
  • 総ページ数: 256
  • 出版者: 静岡新聞社
  • ISBN: 9784783805557
• [図書] 火山のしくみ パーフェクトガイド, 日本列島の下で海水がマグマをつくる (川本竜彦がコラム執筆) (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋 正樹
  • 総ページ数: 176
  • 出版者: 誠文堂新光社
  • ISBN: 4416618174
• [備考] 沈み込んだ海水が火山を作る 川本 竜彦先生 サイエンスカフェin静岡 第139話 - 静岡大学 -
  • URL: https://sutv.shizuoka.ac.jp/video/41/2272