マントル鉱物の極微量揮発性成分から読み解く地球内部水循環

• 研究課題/領域番号: 18H01320
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17040:固体地球科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 清水 健二 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), 副主任研究員 (30420491)
• 研究分担者: 石川 晃 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20524507)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2018年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: マントル捕獲岩 / 揮発性物質 / 二次イオン質量分析計 / 地球内部物質循環 / 無水鉱物 / 含水量 / SIMS / 地球内部水循環 / マントル鉱物 / 揮発性元素 / マントル構成鉱物

研究成果の概要

マントルが化学的に不均質である最大の要因は、地球内部を巡る水である。これまではマントルを反映する火山岩（火山ガラスやメルト包有物）の揮発性物質に着目して、マントル内の水分布や振る舞いについて研究されてきた。本研究ではマントル鉱物（カンラン石など）に含まれる極微量な水、フッ素、硫黄、塩素の揮発性物質濃度の分析法を開発し、マントル物質からも揮発性物質量のデータを揃え、研究する体制を整えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉱物中の極微量な揮発性物質濃度を高精度、高分解能で量産ができるようになった。今後は海洋島火山のマントル捕獲岩に限らず、中央海嶺、島弧、大陸など様々なテクトニックセッティングに産するかんらん岩に含まれるマントル鉱物に応用することが可能になり、玄武岩ガラス中の揮発性物質とマントル鉱物中の揮発性物質の両方の研究からアプローチして地球内部の水循環に制約を与えていくという新しい研究を展開することが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] マントルの酸化還元状態の制約に向けた軟X線マイクロビームによる火山ガラス及びメルト包有物中の硫黄の化学形態分析の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水 健二、柏原 輝彦、為則 雄祐
  • 雑誌名: SPring-8/SACLA利用研究成果集 巻: 9 号: 1 ページ: 11-15
  • DOI: 10.18957/rr.9.1.11
  • NAID: 130007976074
  • ISSN: 2187-6886
  • 年月日: 2021-01-28
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Persistent gas emission originating from a deep basaltic magma reservoir of an active volcano: the case of Aso volcano, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Masataka、Hasenaka Toshiaki、Koga Kenneth T.、Rose-Koga Estelle F.、Yasuda Atsushi、Hokanishi Natsumi、Mori Yasushi、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 176 号: 1
  • DOI: 10.1007/s00410-020-01761-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magma Source Evolution Following Subduction Initiation: Evidence From the Element Concentrations, Stable Isotope Ratios, and Water Contents of Volcanic Glasses From the Bonin Forearc (IODP Expedition 352) (2021)
  • 著者名/発表者名: Coulthard Daniel A.、Reagan Mark K.、Shimizu Kenji、Bindeman Ilya N.、Brounce Maryjo、Almeev Renat R.、Ryan Jeffrey、Chapman Timothy、Shervais John、Pearce Julian A.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 22 号: 1
  • DOI: 10.1029/2020gc009054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magmatic Response to Subduction Initiation, Part II: Boninites and Related Rocks of the Izu‐Bonin Arc From IODP Expedition 352 (2021)
  • 著者名/発表者名: Shervais John W.、Reagan Mark K.、Godard Marguerite、Prytulak Julie、Ryan Jeffrey G.、Pearce Julian A.、Almeev Renat R.、Li Hongyan、Haugen Emily、Chapman Timothy、Kurz Walter、Nelson Wendy R.、Heaton Daniel E.、Kirchenbaur Maria、Shimizu Kenji、Sakuyama Tetsuya、Vetter Scott K.、Li Yibing、Whattam Scott
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 22 号: 1
  • DOI: 10.1029/2020gc009093
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Silicate melt inclusions in the new millennium: A review of recommended practices for preparation, analysis, and data presentation (2021)
  • 著者名/発表者名: Rose-Koga E.F.、Bouvier A.-S.、Gaetani G.A.、Wallace P.J.、Allison C.M.、Andrys J.A.、Angeles de la Torre C.A.、Barth A.、Bodnar R.J.、Bracco Gartner A.J.J.、Butters D.、Castillejo A.、Chilson-Parks B.、Choudhary B.R.、Cluzel N.、Cole M.、Cottrell E.、Shimizu K.など
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 570 ページ: 120145-120145
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial sulfate reduction plays an important role at the initial stage of subseafloor sulfide mineralization (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Tatsuo、Nagase Toshiro、Ushikubo Takayuki、Shimizu Kenji、Ishibashi Jun-ichiro、and the D/V Chikyu Expedition 909 Scientists
  • 雑誌名: Geology 巻: 49 号: 2 ページ: 222-227
  • DOI: 10.1130/g47943.1
  • NAID: 120007017117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of total CO2 in melt inclusions with shrinkage bubbles (2020)
  • 著者名/発表者名: Hanyu Takeshi、Yamamoto Junji、Kimoto Katsunori、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 557 ページ: 119855-119855
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119855
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mineral compositions and thermobarometry of basalts and boninites recovered during IODP Expedition 352 to the Bonin forearc (2020)
  • 著者名/発表者名: Whattam Scott A.、Shervais John W.、Reagan Mark K.、Coulthard Daniel A.、Pearce Julian A.、Jones Peter、Seo Jieun、Putirka Keith、Chapman Timothy、Heaton Daniel、Li Hongyan、Nelson Wendy R.、Shimizu Kenji、Stern Robert J.
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 号: 10 ページ: 1490-1507
  • DOI: 10.2138/am-2020-6640
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal Evolution of Proto-Izu-Bonin-Mariana Arc Volcanism over 10 Myr: Constraints from Statistical Analysis of Melt Inclusion Compositions (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamada Morihisa、Iwamori Hikaru、Brandl Philipp A、Ushikubo Takayuki、Shimizu Kenji、Ito Motoo、Li He、Savov Ivan P
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: - 号: 1 ページ: 1-29
  • DOI: 10.1093/petrology/egaa022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Petit-spot volcanoes on the oldest portion of the Pacific plate (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirano Naoto、Machida Shiki、Sumino Hirochika、Shimizu Kenji、Tamura Akihiro、Morishita Taisei、Iwano Hideki、Sakata Shuhei、Ishii Teruaki、Arai Shoji、Yoneda Shigekazu、Danhara Tohru、Hirata Takafumi
  • 雑誌名: Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 巻: 154 ページ: 103142-103142
  • DOI: 10.1016/j.dsr.2019.103142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identifying volatile mantle trend with the water?fluorine?cerium systematics of basaltic glass (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Kenji、Ito Motoo、Chang Qing、Miyazaki Takashi、Ueki Kenta、Toyama Chiaki、Senda Ryoko、Vaglarov Bogdan S.、Ishikawa Tsuyoshi、Kimura Jun-Ichi
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 522 ページ: 283-294
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.06.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] <i>In situ</i> analyses of hydrogen and sulfur isotope ratios in basaltic glass using SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, K., T. Ushikubo, T. Murai, F. Matsu’ura, Y. Ueno
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 53 号: 3 ページ: 195-207
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0559
  • NAID: 130007662306
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Buoyant hydrous mantle plume from the mantle transition zone (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuritani, T., Xia, Q.-K., Kimura, J.-I., Liu, J., Shimizu, K., Ushikubo, T., Zhao, D., Nakagawa, M., and Yoshimura, S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 6549-6549
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43103-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magmatic Response to Subduction Initiation: Part 1. Fore-arc Basalts of the Izu-Bonin Arc From IODP Expedition 352 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shervais John W.、Reagan Mark、Haugen Emily、Almeev Renat R.、Pearce Julian A.、Prytulak Julie、Ryan Jeffrey G.、Whattam Scott A.、Godard Marguerite、Chapman Timothy、Li Hongyan、Kurz Walter、Nelson Wendy R.、Heaton Daniel、Kirchenbaur Maria、Shimizu Kenji、Sakuyama Tetsuya、Li Yibing、Vetter Scott K.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 20 号: 1 ページ: 314-338
  • DOI: 10.1029/2018gc007731
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tiny droplets of ocean island basalts unveil Earth’s deep chlorine cycle (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., Shimizu, K., Ushikubo, T., Kimura, J.-I., Chang, Q., Hamada, M., Ito, M., Iwamori, H., Ishikawa, T.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 60-60
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07955-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Suspected meteorite fragments in marine sediments from East Antarctica (2018)
  • 著者名/発表者名: Naresh C. Pant, Francisco J. Jimenez-Espejo, Cary P. Cook, Paromita Biswas, Robert Mckay, Claudio Marchesi, Motoo Ito, Dewashish Upadhyay, Junichiro Kuroda, Kenji Shimizu, Ryoko Senda, Tina Van De Flierdt, Yoshinori Takano, Katsuhiko Suzuki, Carlota Escutia and Prakash K. Shrivastava
  • 雑誌名: ANTARCTIC SCIENCE 巻: 30 号: 5 ページ: 307-321
  • DOI: 10.1017/s0954102018000299
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Verification and correction of matrix effect on water concentration of volcanic glasses by SIMS (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., T. Ushikubo, T. Kuritani, N. Hirano, S. Yamashita
  • 学会等名: Goldshmidt Conference 2020
• [学会発表] Water Content in Nominally Anhydrous Mineral of Crust/Mantle Boundary Recovered by International Oman Drilling Project: Analytical Strategy and Methods (2020)
  • 著者名/発表者名: Asyraf, M., Morishita, T., Shimizu, K., Ushikubo, T., Itano, K., Guotana, M., Science Party Oman Drilling Project Phase II
  • 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] Water Content in Nominally Anhydrous Minerals of the Crust/Mantle Boundary Recovered by International Oman Drilling Project: Scientific Strategy and Preliminary Results (2020)
  • 著者名/発表者名: Morishita, T., Asyraf, M., Shimizu, K., Ushikubo, T., Itano, K., Guotana, Senda, R., Yoshikawa, M., Science Party Oman Drilling Project Phase II
  • 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] SIMSによる玄武岩質ガラスの水素、硫黄同位体比分析法とその応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水 健二, 牛久保 孝行, 村居 呂一, 松浦 史宏, 上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Estimation of the origin of Pitcairn Island OIB by Independent Component Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, T., Iwamori, H., Takeshi Hanyu, T., Hamada, M., Shimizu, K., Ushikubo, T., Kimura, J-I, Chang, Q., Nakamura, H., Ito, M.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Decoding pre-eruptive magma evolution and water behavior from plagioclase phenocrysts: Application to the Hoei eruption of Mt. Fuji (2019)
  • 著者名/発表者名: Iizuka, T., Harada, C., Shimizu, K., Ushikubo, T., Hamada, M., Yoshimoto, M.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Magma evolution during the Aso-3 caldera-forming eruption cycle deduced from the chemistry of plagioclase phenocrysts (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsukida, Y., Iizuka, T., Ushikubo, T., Shimizu, K., Geshi, N., Miyagi, I., Hamada, M.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Secular evolution of proto-Izu-Bonin-Mariana arc volcanism: Constraints from statistical analysis of melt inclusion compositions (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M., Iwamori, H., Brandl, P.A., Ushikubo, T., Shimizu, K., Ito, M., Li, H., Savov, I.P.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Development for In-Situ Volatile Element Abundances, and Hydrogen and Sulfur 2-Isotope Analyses of Silicate Glasses by SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Ushikubo, T., Shimizu, K.
  • 学会等名: 82nd Annual Meeting of The Meteoritical Society 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 炭酸塩化された海洋地殻リサイクルの証拠；HIMU玄武岩のメルト包有物より (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅、木村純一、常青、浜田盛久、清水健二、牛久保孝行, 伊藤元雄、石川剛志、岩森光
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] SIMSによる火山ガラス含水量分析に関するマトリックス効果の検証と補正の試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水健二, 牛久保孝行, 桂木悠希, 平野直人, 山下茂
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] 妙高火山の関山噴火(43 ka)と貫ノ木噴火(41 ka)のメルト包有物の揮発性成分分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜田盛久， Rose-Koga, E.F., Koga, K.T., 牛久保孝行，清水健二，原田英男，山口佳昭
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2019年年会
• [学会発表] 気泡のあるメルト包有物の二酸化炭素精密測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅、山本順司、木元克典、中村由里子、清水健二、牛久保孝行
  • 学会等名: 日本火山学会2019年秋季大会
• [学会発表] 中国東北部五大連池市周辺域の新生代アルカリ玄武岩に含まれるメルト包有物の地球科学的特徴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林 裕馬, 柵山 徹也, 清水 健二, 牛久保 孝行
  • 学会等名: 日本火山学会2019年秋季大会
• [学会発表] The geochemical characteristics of olivine-hosted melt inclusions in Quaternary potassic basalts around Wudalianchi area, NE China (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y., Sakuyama, T., Shimizu, K., Ushikubo, T., Kimura, J-I, Hanyu, T., Wei, T.
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] ハワイ沖ロイヒ、キラウエア深海底ガラス中の揮発性物質濃度と水素同位体比-地球の水の起源物質を求めて- (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水健二, 牛久保孝行, 兼岡一郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
  • 招待講演
• [学会発表] Volatile concentrations and hydrogen isotope ratios of submarine glasses from Loihi and Kilauea (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Ushikubo T., Kaneoka I.
  • 学会等名: Goldschimdt Conference
  • 国際学会
• [産業財産権] 研磨方法 (2020)
  • 発明者名: 清水健二
  • 権利者名: 海洋研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 取得年月日: 2020