沈み込み帯マントルウェッジ捕獲岩中の塩水包有物に溶存するイオンの定量分析

• 研究領域: 地殻ダイナミクス ー東北沖地震後の内陸変動の統一的理解ー
• 研究課題/領域番号: 17H05314
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 静岡大学 (2018); 京都大学 (2017)
• 研究代表者: 川本 竜彦 静岡大学, 理学部, 教授 (00303800)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 流体包有物 / LA-ICP-MS / 海水 / 水岩石相互作用 / 塩水 / 岩石水相互作用 / アルカリ元素 / 流体包有物の化学組成 / マリアナ / カスケード / 海水の循環 / 交換分配係数 / 高圧実験 / 沈み込み帯流体 / 塩濃度 / 二酸化炭素 / イオウ

研究実績の概要

岩石中の結晶粒界を流体が浸透した際、その一部が取り残され、カプセル状に結晶内に取り込まれたものが流体包有物である。その微小な流体包有物を顕微鏡下で冷却加熱し氷の融点を決定することで、凝固点降下の原理を用いて流体包有物の塩分量をNaCl当量として推定できる。これまでマントル捕獲岩中や、プレート境界深部で生成された岩石中に含まれる流体包有物の塩濃度を測定してきた。これまでの研究結果は、プレート境界でも、マントルウェッジでも、流体包有物の塩濃度は約4－5重量 NaCl% 当量で、海水 (3.5 NaCl%) よりも少し高い値であることを示す。本研究では、塩濃度に加えて、カンラン石内の流体包有物を海洋研究開発機構に設置されたレーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析計（LA-ICP-MS）装置で分析した。ピナツボ火山で採取されたマントル捕獲岩の流体包有物のナトリウムとカリウムの比は海水とは大きく異なった。このことから、海水がプレートを水和させ含水鉱物を作り、その含水鉱物が脱水分解反応をおこし、塩水流体としてプレート境界を経て、マントルを上昇する際に、塩水流体中のナトリウムと、岩石中のカリウムは交換反応を起こすと解釈した。ナトリウムとカリウムの元素比は有馬温泉のそれと調和的であった。

LA-ICP-MSではホスト鉱物のカンラン石も同時に分析するため、カンラン石に含まれるカルシウムやマグネシウムの流体包有物中の濃度は測定できないほか、塩素と硫黄の測定も技術的に困難である。そこで、凍らせたまま走査電子顕微鏡内で微細加工する複合集束イオンビーム装置ではこれらの元素も分析できる。海洋研究開発機構高知コア研究所でカンラン石の流体包有物を凍らせて研磨する方法を開発中である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

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)
• [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
• [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
• [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