マグマ生成から噴火へーメルト包有物からの新展開

• 研究課題/領域番号: 20H02011
• 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: 羽生 毅 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), グループリーダー (50359197)
• 研究分担者: 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), 主任研究員 (30420491) ; 金子 克哉 神戸大学, 理学研究科, 教授 (40335229) ; 木元 克典 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), グループリーダー代理 (40359162) ; 山本 順司 九州大学, 理学研究院, 教授 (60378536) ; 石塚 治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 首席研究員 (90356444)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: メルト包有物 / 揮発性成分 / マグマ / 火山 / 揮発性元素

研究開始時の研究の概要

マグマが生成してから噴火に至る過程を理解するために、火山岩中の鉱物に含まれるメルト包有物の研究を行う。メルト包有物はマグマの微視的な化学組成を反映するため、従来の全岩化学組成に基づいた研究では得られないマグマの情報を獲得することができる。主成分、微量成分に加えて同位体比と揮発性成分に関して局所化学分析を行うことで、起源の異なるマグマの同定、各マグマの化学組成の特徴、マグマだまりの深度、噴出前のマグマが持っていた揮発性成分量を求める。マントルや地殻におけるマグマの発生要因、マグマが蓄積する場、マグマの上昇と噴出の原動力となる揮発性成分の役割を明らかにする。

研究成果の概要

マグマ生成から噴火に至るプロセスにおけるマグマ化学組成の変化や揮発性成分の挙動を理解する目的で、火山岩中の鉱物に含まれるメルト包有物の化学組成分析を行った。不均質なメルト包有物に対する試料前処理と、揮発性成分、主成分、微量成分元素組成を測定するための一連の分析手法を確立した。この手法を海洋島玄武岩に適用し、沈み込んだ物質が運んだ二酸化炭素量を制約した。また、島弧火山岩への応用では、揮発性成分量に基づいてマグマだまりの深度推定を行い、カルデラ噴火とその前に噴出した小規模噴火によるマグマが存在した深度にちがいがあることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の全岩化学分析に加えて、メルト包有物の化学分析はマグマ中の揮発性成分量や未分化なマグマの化学組成の情報が得られるという点で、マグマ生成や噴火プロセスの理解を前進させる。メルト包有物に対して各種の化学分析を組み合わせることは技術的に難度が高いが、その手法を確立し研究の実例を示したことで、様々なテクトニック場に存在する火山に対して、マグマの生成から噴火へ至るメカニズムの包括的理解へ向けて今後研究が発展することが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of magma supply system beneath a submarine lava dome after the 7.3-ka caldera-forming Kikai-Akahoya eruption (2023)
  • 著者名/発表者名: Morihisa Hamada, Takeshi Hanyu, Iona M. McIntosh, Maria Luisa G. Tejada, Qing Chang, Katsuya Kaneko, Jun-Ichi Kimura, Koji Kiyosugi, Takashi Miyazaki, Reina Nakaoka, Kimihiro Nishimura, Tomoki Sato, Nobukazu Seama, Keiko Suzuki-Kamata, Satoru Tanaka, Yoshiyuki Tatsumi, Kenta Ueki, Bogdan S. Vaglarov, Kenta Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Volcanology and Geothermal Research 巻: 434 ページ: 107738-107738
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2022.107738
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 化学組成データベース構築に基づく鬼界カルデラの火成活動の理解 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上木 賢太、原口 悟、吉田 健太、桑谷 立、浜田 盛久、Iona McIntosh、宮崎 隆、羽生 毅
  • 雑誌名: 日本火山学会講演予稿集 巻: 2022 号: 0 ページ: 133-133
  • DOI: 10.18940/vsj.2022.0_133
  • ISSN: 2189-7190, 2433-5320
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Raman spectroscopic identification of continuity of a channel olivine in a peridotite specimen (2022)
  • 著者名/発表者名: Junji Yamamoto, Hidemi Ishibashi, Yuuki Hagiwara, Lena Yokokura, Kiyoaki Niida
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 56 号: 1 ページ: 31-39
  • DOI: 10.2343/geochemj.GJ22003
  • NAID: 130008164894
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Variety of the drift pumice clasts from the 2021 Fukutoku‐Oka‐no‐Ba eruption, Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Kenta、Tamura Yoshihiko、Sato Tomoki、Hanyu Takeshi、Usui Yoichi、Chang Qing、Ono Shigeaki
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 31 号: 1 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1111/iar.12441
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental variable effects on laser heating of inclusions during Raman spectroscopic analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara Yuuki、Yoshida Kenta、Yoneda Akira、Torimoto Junji、Yamamoto Junji
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 559 ページ: 119928-119928
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119928
  • NAID: 120007029907
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature dependence of a Raman CO2 densimeter from 23°C to 200°C and 7.2 to 248.7 MPa: Evaluation of density underestimation by laser heating (2021)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara Yuuki、Kawano Tetsuma、Takahata Kohei、Torimoto Junji、Yamamoto Junji
  • 雑誌名: Journal of Raman Spectroscopy 巻: 52 号: 10 ページ: 1744-1757
  • DOI: 10.1002/jrs.6188
  • 査読あり
• [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] Two-stages of plume tail volcanism formed Ojin Rise Seamounts adjoining Shatsky Rise (2020)
  • 著者名/発表者名: Sano Takashi、Hanyu Takeshi、Tejada Maria Luisa G.、Koppers Anthony A.P.、Shimizu Shoka、Miyazaki Takashi、Chang Qing、Senda Ryoko、Vaglarov Bogdan S.、Ueki Kenta、Toyama Chiaki、Kimura Jun-Ichi、Nakanishi Masao
  • 雑誌名: Lithos 巻: 372-373 ページ: 105652-105652
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105652
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 鬼界カルデラ破局噴火のマグマ準備過程 (2023)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅、常青、中岡礼奈、清杉孝司、金子克哉、鈴木桂子、山本由弦、松野哲男、島伸和、巽好幸
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2022
• [学会発表] 鬼界カルデラ破局噴火の噴火準備過程―ちきゅうSCORE試料より― (2022)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅、常青、金子克哉、中岡礼奈、清杉孝司、鈴木桂子、山本由弦、松野哲男、島伸和、巽好幸
  • 学会等名: 日本地球化学会2022年会
• [学会発表] 化学組成データベース構築に基づく鬼界カルデラの火成活動の理解 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上木賢太, 原口悟, 吉田健太, 桑谷立, 浜田盛久, Iona McIntosh, 宮崎隆, 羽生 毅
  • 学会等名: 火山学会2022年度秋季大会
• [学会発表] 鬼界海底カルデラにおけるアカホヤ噴火以降のマグマ供給系進化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 浜田 盛久・羽生 毅・Iona M. McIntosh・Maria Luisa G. Tejada・常 青・金子 克哉・木村 純一・ 清杉 孝司・宮崎 隆・中岡 礼奈・西村 公宏・佐藤 智紀・島 伸和・鈴木 桂子・田中 聡・巽 好幸・ 上木 賢太・Bogdan S. Vaglarov
  • 学会等名: 日本火山学会2022年度秋季大会
• [学会発表] Investigating the formation of the Kikai submarine lava dome using matrix glass volatile contents (2022)
  • 著者名/発表者名: Iona M. McIntosh, Morihisa Hamada, Takeshi Hanyu, Maria Luisa G. Tejada, Takashi Miyazaki, Qing Chang, Bogdan S. Vaglarov, Katsuya Kaneko, Koji Kiyosugi, Reina Nakaoka, Keiko Suzuki-Kamata, and Nobukazu Seama
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 海底掘削試料から明らかになった鬼界カルデラ火山噴出物の特徴 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中岡礼奈、金子克哉、島伸和、鈴木桂子、清杉孝司、羽生毅、山本由弦、松野哲男、清水賢、杉岡裕 子、巽好幸
  • 学会等名: 日本地球化学会2022年会
  • 招待講演
• [学会発表] マントル由来の火山岩から見る揮発性元素のマントル循環 (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽生 毅
  • 学会等名: 日本地球化学会年会２０２１
  • 招待講演
• [学会発表] 鬼界カルデラ火山のマグマ変化－ちきゅうSCORE試料より (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅・常青・金子克哉・鈴木桂子・中岡礼奈・清杉孝司・山本由弦・松野哲男・島伸和・巽好幸
  • 学会等名: 日本火山学会秋季大会2021
• [学会発表] カルデラ噴火マグマ組成バリエーションの理解のための鬼界カルデラ噴出物データベースの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 原口 悟、上木 賢太、吉田 健太、桑谷 立、浜田 盛久、マッキントシュ アイオナ、宮崎 隆、 羽生 毅
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Hydrogen isotope of the mantle source in Pitcairn Island (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ozawa, Akira Ishikawa, Takeshi Hanyu, Kenji Shimizu, Takayuki Ushikubo, Morihisa Hamada, Hikaru Iwamori
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会（国際セクション）
  • 国際学会
• [学会発表] Arc magma genesis: Evidence from Kibblewhite Volcanic Complex in the Kermadec arc, New Zealand (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Hirai, Yoshihiko Tamura, Kaj Hoernle, Reinhard Werner, Folkmar Hauff, Christian Timm, Bogdan S. Vaglarov, Qing Chang, Takashi Miyazaki, Jun-Ichi Kimura, Takeshi Hanyu
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Volatiles in the HIMU Mantle Component and the Efficiency of Dehydration during Subduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Nichols A, Hanyu T, Shimizu K, Dosso L
  • 学会等名: Goldschmidt Virtual 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Evidence for volatile-rich mantle transition zone beneath NE China:implication from the geochemistry of melt inclusions from Wudalianchi basalts (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Sakuyama, Yuma Hayashi, Kenji Shimizu, Takayuki Ushikubo, Takeshi Hanyu,Jun-Ichi Kimura, Wei Tian
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] An overview of volcanic rocks from submarine Kikai Caldera (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Hanyu, N. Seama, S. Tanaka, Y. Tatsumi, S. Abe, M. Hamada, T. Hanyu, H. Iwamaru, S. Kado, K. Kaneko, R. Kikuchi, K. Kiyosugi, T. Matsuno, I. McIntosh, T. Miyazaki, R. Nakaoka, N. Okamoto, T. Orii, S. Shimizu, T. Shintani, K. Suzuki-Kamata, M. L. G. Tejada, K. Ueki, B. S. Vaglarov
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会