プレート拡大の仕方と海洋地殻構造を規制する要因の解明

• 研究課題/領域番号: 20K04103
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 金沢大学
• 研究代表者: 海野 進 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (30192511)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: プレート拡大 / 海洋地殻構造 / 海嶺軸セグメント / オマーンオフィオライト / シート状岩脈群 / 中央海嶺 / マグマ供給系 / モホール計画 / 高速拡大地殻 / マグマ組成 / プレート拡大様式 / ハワイ沖掘削計画

研究開始時の研究の概要

中・高速拡大海嶺における地殻の拡大はマグマ量／歪み量の比(M)と地殻の密度構造によって規制され，高マグマ供給率(M=1)の高速拡大軸ではマグマ貫入・付加のみで拡大し，低マグマ供給率(M<1)の中速拡大軸はマグマ貫入と断層で拡大する。その結果，マグマ供給率が低いほど，岩脈群は厚く，噴出岩・下部地殻は薄くなると予想される。そこで，初生的な海洋地殻構造が世界で最もよく保存されているオマーンオフィオライトについて地質調査を行い，海洋地殻構造（噴出岩層，岩脈群，ハンレイ岩層の厚さ，シート溶岩／枕状溶岩比）を復元し，地震波速度構造から予想される“地殻構造とマグマ供給率の関係”が成立するかを検証する。

研究成果の概要

オマーンオフィオライト北部の２次の古海嶺軸セグメントについて，海嶺軸下にあった時の初生的な地殻構造を復元し，シート状岩脈群の全岩化学組成の特徴と生成条件を明らかにした。岩脈群は走向方向に10～15 km長の延長を持つセグメントからなる。コンドライトで規格化したパターンから，鯨背型のタイプ1；軽希土がやや枯渇するタイプ2；軽希土が大きく枯渇するタイプ3に分類される。最も多いタイプ2はセグメント全体に分布し，東太平洋海膨の中央海嶺玄武岩とよく似ている。タイプ2と3はセグメント境界付近に分布する。モデル計算ではタイプ3はマントルのバッチ融解，タイプ２は低圧・高圧の融解メルトの混合で再現できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

中央海嶺におけるプレートの形成・拡大プロセスの理解には，海嶺軸下で生じるマグマ組成と海洋地殻構造の解明が不可欠である。現在の海嶺下の地殻構造を直接調べるのは困難であるため，本研究では世界最大で最も保存状態のよいオマーンオフィオライトにおいて，高速拡大した古海嶺軸セグメントの詳細な地殻構造を明らかにした。本代表者はわが国が擁する地球深部探査船「ちきゅう」によって，人類史上初めて海洋地殻を貫通し，マントル物質を回収する国際科学掘削計画「M2Mモホール計画」を推進している。モホールサイトの選定や掘削結果をプレート形成プロセスの中で正しく位置づけて理解し，一般化する上で本知見の寄与は大きい。

研究成果

• [国際共同研究] Ministry of Energy and Minerals(オマーン)
• [国際共同研究] Wigner Research Center for Physics(ハンガリー)
• [国際共同研究] University of Hawaii/University of Rhode Island/Lamont-Doherty Earth Observatory(米国)
• [国際共同研究] University of Southampton/University of Plymouth(英国)
• [国際共同研究] University of Genova(イタリア)
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [雑誌論文] ハワイ沖海洋地殻掘削調査：マントル掘削パイロットホールプロジェクト (2022)
  • 著者名/発表者名: 海野 進・デーモンティーグル・スティーブンドント・グレッグムーア・ブノアイルドフォンス
  • 雑誌名: 月刊地球号外 巻: 72 ページ: 22-29
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 海洋地殻の構造と進化：高速拡大海嶺系 (2022)
  • 著者名/発表者名: 海野 進・草野有紀・宮下純夫・足立佳子
  • 雑誌名: 月刊地球号外 巻: 72 ページ: 40-47
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ハワイ沖上部地殻掘削から海洋プレートの形成過程に迫る (2021)
  • 著者名/発表者名: 海野 進・草野有紀
  • 雑誌名: 地学雑誌 巻: 130 号: 4 ページ: 599-614
  • DOI: 10.5026/jgeography.130.599
  • NAID: 130008091270
  • ISSN: 0022-135X, 1884-0884
  • 年月日: 2021-08-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Workshop report: Exploring deep oceanic crust off Hawai`i (2021)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., Moore, G. F., Boston, B., Coggon, R., Crispini, L., D’Hondt, S., Garcia, M. O., Hanyu, T., Klein, F., Seama, N., Teagle, D. A. H., Tominaga, M., Yamashita, M., Harris, M., Ildefonse, B., Katayama, I., Kusano, Y., Suzuki, Y., Trembath-Reichert, E., Yamada, Y., Abe, N., Xiao, N., and Inagaki, F.
  • 雑誌名: Scientific Drilling 巻: 29 ページ: 69-82
  • DOI: 10.5194/sd-29-69-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Muographic study of the oceanic crust-mantle structure of the Oman Ophiolite. (2022)
  • 著者名/発表者名: Umino, S.
  • 学会等名: Muographers 2022 General Assembly
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Frontiers of sampling the mantle by drilling to the Moho. International Symposium (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe, N. and Umino, S.
  • 学会等名: International Symposium, Frontier of Understanding Earth's Interior and Dynamics, Tohoku Univ.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Along-axis Magmatic/tectonic Phase Variation on the Spreading Ridge Inferred From the Northern Oman Ophiolite (2022)
  • 著者名/発表者名: Kusano, Y., Miyashita, S., Adachi, Y., and Umino, S.
  • 学会等名: AOGS 2022, Honolulu
• [学会発表] Understanding the Spreading and Formation of Oceanic Plates by Drilling in the Upper Crust Off Hawaii. (2022)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., and Kusano, Y.
  • 学会等名: AOGS 2022, Honolulu
• [学会発表] The Chemical compositions and textures for magma series at the “Green Tuff” Formation in the Katakai region, Niigata, Japan. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nonaka, M., and Umino, S.
  • 学会等名: Goldschmidt 2022, Honolulu
• [学会発表] The structure of magma chamber below a fast-spreading ridge based on field and core analyses of the Oman ICDP drilling (2021)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., Kusano, Y., Ishizuka, O., Fudai, T., Tamura, A., and Morishita, T.
  • 学会等名: 2021 Japan Earth Planet. Sci. Joint Meeting, Yokohama (Online)
  • 国際学会
• [学会発表] Mohole to Mantle M2M Drilling Project and 951-Full Proposal: Drilling Mature Oceanic Crust on North Arch Off-Hawaii (2021)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., Inagaki, F., Teagle, D.H.A., Yamashita, M., Moore, G.F., Ildefonse, B., D'Hondt, S., Crispini, L., Hanyu, T., Garcia, M.O., and Morishita, T.
  • 学会等名: 2021 Japan Earth Planet. Sci. Joint Meeting, Yokohama (Online)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding the spreading and formation of oceanic plates by drilling in the upper crust off Hawaii (2021)
  • 著者名/発表者名: Umino, S.
  • 学会等名: Virtual GEOSEA XVI and GeoCon 2021, Geological society of the Philippines
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Drilling Mature Oceanic Crust on North Arch off Hawaii (951-Full: Chikyu) (2021)
  • 著者名/発表者名: 海野 進
  • 学会等名: J-DESC主催ワークショップ「Post-IODP時代へ向けた科学海洋掘削の展望」
  • 招待講演
• [学会発表] How does the style of plate spreading govern the architecture of oceanic crust. (2020)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., Morishita, T., and Kusano, Y.
  • 学会等名: 2020 JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Microstructures, bulk and mineral chemistry of the gabbro cores of Holes GT1A and GT2A drilled in the Oman Drilling Project - Melt distribution in the subaxial lower crust. (2020)
  • 著者名/発表者名: Umino, S., Fudai, T., Ishizuka, O., and Kusano, Y.
  • 学会等名: 2020 JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Current State of Off-Hawaii Oceanic Crust-Mantle Drilling Project. (2020)
  • 著者名/発表者名: Umino, S.
  • 学会等名: 2020 JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高速拡大海嶺の下部地殻マグマ溜まり構造―オマーン国際陸上科学掘削孔GT1A・GT2A のコア試料解析結果より (2020)
  • 著者名/発表者名: 海野進・普代貴大・草野有紀・石塚治・田村明弘・森下知晃
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2020年オンライン年会
• [学会発表] ハワイ沖ノースアーチ上部地殻掘削計画 (2020)
  • 著者名/発表者名: 海野 進
  • 学会等名: ハードロック掘削科学ワークショップ Autumn2020
  • 招待講演