定常的リソスフェアーアセノスフェア境界領域の支配要因

• 研究課題/領域番号: 20H02003
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 小澤 一仁 東京大学, 大気海洋研究所, 特任研究員 (90160853)
• 研究分担者: 秋澤 紀克 東京大学, 大気海洋研究所, 助教 (40750013) ; 栗谷 豪 北海道大学, 理学研究院, 教授 (80397900) ; 柵山 徹也 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80553081)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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); 2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: リソスフェアーアセノスフェア境界 / ポテンシャル温度 / マントルかんらん岩 / マントルソリダス / 定常的リソスフェアーアセノスフェア境界 / マントルカンラン岩 / 定常的LAB / マントルポテンシャル温度

研究開始時の研究の概要

地球の表面を覆うプレート（リソスフェア）とその直下のアセノスフェアの境界(LAB)は、地球内部からの熱放出と物質輸送を支配してきた領域である。地震波観測によって、現在の海洋下LABは、海嶺から遠ざかるにつれて深くなり、古い海洋プレートでは上限深度60-80kmに達することがわかってきた。LABの深度が上限に達するのは、古いプレートからの熱流量とアセノスフェアの対流による熱流束が釣り合い定常状態になっているためであると考えられる。本研究では、この定常的熱流束均衡が上部マントルの熱状態とマントル物質の溶融条件によって決まるという仮説をLAB領域物質から温度・圧力履歴の情報を読み取ることで検証する。

研究成果の概要

リソスフェア－アセノスフェア境界（LAB）の深さがどのような機構で決定されるかを明らかにするために、古い海洋地域で成立する「定常的LAB仮説」が、異なるテクトニクス環境でも成り立つのかを、マントルに由来するカンラン岩ゼノリスとそれを地表にもたらしたマグマの固結物である火山岩を合わせて用い、LABより浅部の地温勾配とより深部のポテンシャル温度からLAB深度を推定することで、非海洋地域である沈み込み帯背弧や大陸地域で検討した。これらの非海洋地域では、LABは本質的に動的であるが、LAB深度が90-120kmの範囲で定常的LAB仮説を満たす条件が一定時間にわたって存在することが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

固体地球の熱史は、海と陸地の違いを生み出すことなどを通して、現在の地球表層が生命に富んだ環境なった要因である。地球内部の熱状態の変動を知る事は、固体地球だけではなく地球の表層環境の長期的未来変動を理解する上で重要である。そのためには、地球内部から宇宙空間への熱放出の効率やその地域性および経年変化を理解し、地球表層を覆っているプレートの厚さがどのような機構で変動するのかを明らかにする必要がある。その機構は海洋地域や大陸地域などによって大きく異なるため、本研究では、プレートの厚さを決定するプレートの底を、できる限り多様なテクトニック場でプレートの底領域に由来する物質を用いてその実体を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Cadi Ayad University(モロッコ)
• [国際共同研究] Assiut University(エジプト)
• [国際共同研究] Assiut University(エジプト)
• [国際共同研究] Cadi Ayyad University(モロッコ)
• [国際共同研究] University of Granada(スペイン)
• [国際共同研究] University of Montpellier(フランス)
• [雑誌論文] Magma fractionation and emplacement mechanism in a subvolcanic plumbing system in a continental region: constraints from the late Neoproterozoic Wadi Dib ring complex in the Eastern Desert, Egypt (2023)
  • 著者名/発表者名: Saad Eman、Ozawa Kazuhito、Kuritani Takeshi、Khudeir Ali A.
  • 雑誌名: Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 巻: 118 号: 1 ページ: n/a
  • DOI: 10.2465/jmps.220801
  • ISSN: 1345-6296, 1349-3825
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Geochemical constraints on the evolution of the magmatic system leading to catastrophic eruptions at Aira Caldera, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Takeshi
  • 雑誌名: Lithos 巻: 450-451 ページ: 107208-107208
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2023.107208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Olivine Melt Inclusion Constraints on Some Intensive Properties of Subvolcanic Crystal Mushes and Their Evolution through Boundary Layer Fractionation in Northern Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Brahm R、Zellmer G F、Kuritani T、Sakamoto N、Yurimoto H、Nakagawa M、Sato E
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: 63 号: 3 ページ: 1-23
  • DOI: 10.1093/petrology/egac016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compositional Variation of Picrites in the Emeishan Large Igneous Province Modulated by Water in the Mantle Plume (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu J.、Xia Q. K.、Sun H.、Hanski E.、Kuritani T.、Gu X. Y.、Chen H.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 127 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1029/2021jb023584
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Water enrichment in the mid-ocean ridge by recycling of mantle wedge residue (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Jia、Tao Chunhui、Zhou Jianping、Shimizu Kenji、Li Wei、Liang Jin、Liao Shili、Kuritani Takeshi、Deloule Etienne、Ushikubo Takayuki、Nakagawa Mitsuhiro、Yang Weifang、Zhang Guoyin、Liu Yunlong、Zhu Chuanwei、Sun Hao、Zhou Jingjun
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 584 ページ: 117455-117455
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117455
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A direct evidence for disturbance of whole sediment layer in the subducting Pacific plate by petit-spot magma?water/sediment interaction (2022)
  • 著者名/発表者名: Akizawa Norikatsu、Hirano Naoto、Matsuzaki Kenji M.、Machida Shiki、Tamura Chiori、Kaneko Junji、Iwano Hideki、Danhara Tohru、Hirata Takafumi
  • 雑誌名: Marine Geology 巻: 444 ページ: 106712-106712
  • DOI: 10.1016/j.margeo.2021.106712
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] マントルの圧力-温度-変形-時間経路の解読： (2021)
  • 著者名/発表者名: Akizawa Norikatsu、Ozawa Kazuhito、Masako Yoshikawa
  • 雑誌名: 地質学雑誌 巻: 127 号: 5 ページ: 269-291
  • DOI: 10.5575/geosoc.2021.0005
  • NAID: 130008093511
  • ISSN: 0016-7630, 1349-9963
  • 年月日: 2021-05-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geochemical characteristics of back-arc basin lower crust and upper mantle at final spreading stage of Shikoku Basin: an example of Mado Megamullion (2021)
  • 著者名/発表者名: Akizawa, N., Ohara, Y., Okino, K., Ishizuka, O., Yamashita, H., Machida, S., Sanflippo, A., Basch, V., Snow, J.E., Sen, A., Hirauchi, K., Michibayashi, K., Harigane, Y., Fujii, M., Asanuma, H., Hirata, T.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 8 号: 1 ページ: 65-65
  • DOI: 10.1186/s40645-021-00454-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly refractory dunite formation at Gibbs Island and Bruce Bank, and its role in the evolution of the circum-Antarctic continent. (2021)
  • 著者名/発表者名: Akizawa, K., Ishikawa, A., Fujita, R., Choi., S.H.
  • 雑誌名: The Canadian Mineralogist 巻: 59 号: 6 ページ: 1731-1753
  • DOI: 10.3749/canmin.2100030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Conditions of magma generation at the Me-akan volcano, northern Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Takeshi、Sato Eiichi、Wada Keiji、Matsumoto Akiko、Nakagawa Mitsuhiro、Zhao Dapeng、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki
  • 雑誌名: Journal of Volcanology and Geothermal Research 巻: 417 ページ: 107323-107323
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2021.107323
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tracing the subducting Pacific slab to the mantle transition zone with hydrogen isotopes (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Takeshi、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki、Xia Qun-Ke、Liu Jia、Nakagawa Mitsuhiro、Taniuchi Hajime、Sato Eiichi、Doi Nobuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 18755-18755
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98307-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mush, Melts and Metasediments: a History of Rhyolites from the Okataina Volcanic Centre, New Zealand, as Captured in Plagioclase (2021)
  • 著者名/発表者名: Sas May、Shane Phil、Kuritani Takeshi、Zellmer Georg F、Kent Adam J R、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: 62 号: 8 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1093/petrology/egab038
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Na/K diversity of primary basaltic magmas induced by the separation of slab-derived supercritical liquid: Implications from alkali basaltic lavas from Rishiri Volcano, southern Kuril Arc (2021)
  • 著者名/発表者名: Taniuchi Hajime、Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: 62 号: 12 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1093/petrology/egab099
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal and decompression history of the Lanzo Massif, northern Italy: Implications for the thermal structure near the lithosphere?asthenosphere boundary (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Tomo、Ozawa Kazuhito、Bodinier Jean-Louis、Boudier Fran?oise、Sato Yuto
  • 雑誌名: Lithos 巻: 372-373 ページ: 105661-105661
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105661
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Ductile‐to‐Brittle Transition Recorded in the Balmuccia Peridotite Body, Italy: Ambient Temperature for the Onset of Seismic Rupture in Mantle Rocks (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Tadamasa、Obata Masaaki、Ozawa Kazuhito、Shimizu Ichiko
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 125 号: 2 ページ: 1-27
  • DOI: 10.1029/2019jb017385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal state of the upper mantle and the origin of the Cambrian-Ordovician ophiolite pulse: Constraints from ultramafic dikes of the Hayachine-Miyamori ophiolite (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura Takafumi、Ozawa Kazuhito、Kuritani Takeshi、Iizuka Tsuyoshi、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 号: 12 ページ: 1778-1801
  • DOI: 10.2138/am-2020-7160
  • 査読あり
• [雑誌論文] モホロビチッチ不連続面（Moho）とリソスフェア-アセノスフェア境界（LAB）の一致（MohoLAB）：大陸地殻の進化を支配する重要な境界 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小澤一仁・佐藤侑人・木村皐史・田上創・Hassan Eman Saad Abdelsalam
  • 雑誌名: 新地球 巻: 1 ページ: 3-13
  • 国際共著
• [雑誌論文] Magma plumbing system for the Millennium Eruption at Changbaishan volcano, China: Constraints from whole-rock U?Th disequilibrium (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro、Nishimoto Jumpei、Yokoyama Tetsuya、Miyamoto Tsuyoshi
  • 雑誌名: Lithos 巻: 366-367 ページ: 105564-105564
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of calc-alkaline andesite magma through crustal melting induced by emplacement of mantle-derived water-rich primary magma: Evidence from Rishiri Volcano, southern Kuril Arc (2020)
  • 著者名/発表者名: Taniuchi Hajime、Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: Lithos 巻: 354-355 ページ: 105362-105362
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2019.105362
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new concept for the genesis of felsic magma: the separation of slab-derived supercritical liquid (2020)
  • 著者名/発表者名: Taniuchi Hajime、Kuritani Takeshi、Yokoyama Tetsuya、Nakamura Eizo、Nakagawa Mitsuhiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65641-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Estimation of melting conditions and potential temperature for highly alkaline fractionated trachybasalts: Wadi Dib ring complex in the Nubian Shield, Eastern Desert of Egypt (2023)
  • 著者名/発表者名: Saad, E., Ozawa, K., Kuritani, T., and Khudeir, A. A.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Deformation coupled with thermal event in the lithosphere-asthenosphere boundary zone: microstructural evidence from crystal Interface migration in peridotite xenoliths (2023)
  • 著者名/発表者名: Ozawa, K., Sato, Y., Youbi, N., and Boumehdi, M. A.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 桜島の完新世噴出物のSr-Nd-Pb同位体比分析に基づくマグマ系の進化についての検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 栗谷豪・中川光弘・松本亜希子
  • 学会等名: 日本火山学会
• [学会発表] Geochemical stratigraphy of oceanic lithosphere reconstructed by spinel/garnet peridotite xenoliths from petit-spots in the northwestern Pacific (2023)
  • 著者名/発表者名: Akizawa, N., Ishikawa, A., Niwa, Y., Alard, O., Greau, Y., Hirano, N., Machida, S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Evidence for suboceanic small-scale convection from a “garnet”-bearing lherzolite xenolith, Aitutaki Island, Cook Islands (2023)
  • 著者名/発表者名: 秋澤 紀克, 小澤 一仁, 小木曽 哲, 石川 晃, ウォリス サイモン, 川本 竜彦, 田村 明弘, 森下 知晃
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Geochemistry of Melt Inclusion in Scoria, Jeju Island, South Korea (2023)
  • 著者名/発表者名: Kang M., Sakuyama T., Shimizu K., Ushikubo T.
  • 学会等名: 2023 Joint Fall Meeting of Korean Geological Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial variation of lithosphere-asthenosphere interaction revealed from peridotites and gabbros in the Hidaka metamorphic belt (2022)
  • 著者名/発表者名: 小澤一仁・田上創
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Fractionation of a shallow silicic magmas body through interaction of collapse of volcanic structure and roof boundary layer documented in the Wadi Dib ring complex, Eastern Desert of Egypt (2022)
  • 著者名/発表者名: Saad, E., Ozawa, K., Kuritani, T., and Khudeir, A. A.
  • 学会等名: European Geoscience Union Annual Assembly
  • 国際学会
• [学会発表] Coupling of fractionation and collapse of volcanic pile and roof boundary layer of a magma body documented in the Wadi Dib ring complex, Eastern Desert of Egypt (2022)
  • 著者名/発表者名: Saad, E., Ozawa, K., Kuritani, T., and Khudeir, A. A.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 斑晶メルト包有物の水素同位体比による沈み込む太平洋プレートの追跡 (2022)
  • 著者名/発表者名: 栗谷豪・清水健二・牛久保孝行・Xia Qun-ke・Liu Jia・中川光弘・谷内元・佐藤鋭一・土井宣夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] New deformation proxy for alkaline felsic rocks: Na-K zoning of alkali feldspar in syenites from the Wadi Dib alkaline ring complex, Eastern Desert, Egypt (2021)
  • 著者名/発表者名: *Kazuhito Ozawa, Eman Saad Hassan, Hideto Yoshida, Ali Abdel-Kader Khudeir
  • 学会等名: Japanese Geoscience Union
• [学会発表] 西南日本 ,第四紀横田アルカリ玄武岩マグマの成因 (2021)
  • 著者名/発表者名: 桐敷和, 柵山徹也, 木村純一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2021年大会
• [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から推定されるマントル揮発成分量 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林裕馬, 柵山徹也, 清水健二, 牛久保孝之, 羽生毅, 常青, 木村純一
  • 学会等名: 日本火山学会 2021年度秋季大会
• [学会発表] Plagioclase peridotite or olivine-plagioclase assemblage in orogenic peridotites: its implications on high-temperature decompression of the subcontinental lithosphere-asthenosphere boundary zone (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Ozawa, C. J. Garrido, K. Hidas, J-L. Bodinier, T. Aoki, F. Boudier
  • 学会等名: European Geoscience Union General Assemblynce
• [学会発表] Olivine-plagioclase assemblage in orogenic peridotites: Proxy for the extent of lithosphere thinning and asthenosphere shallowing (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Ozawa, C. J. Garrido, K. Hidas, J-L. Bodinier, T. Aoki, F. Boudier
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [図書] 新地球 (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋澤 紀克 , 小澤 一仁編集
  • 総ページ数: 67
  • 出版者: マントル出版
  • ISBN: 9784908703843