海底マンガン酸化物鉱床とレアアース泥の一体解析による統一的成因の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01361
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中村 謙太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40512083)
• 研究分担者: 安川 和孝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00757742) ; 臼井 洋一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球深部ダイナミクス研究分野, 研究員 (20609862) ; 町田 嗣樹 千葉工業大学, 次世代海洋資源研究センター, 上席研究員 (40444062) ; 大田 隼一郎 千葉工業大学, 次世代海洋資源研究センター, 主任研究員 (70793579) ; 藤永 公一郎 千葉工業大学, 次世代海洋資源研究センター, 上席研究員 (90409673)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 海底鉱物資源 / 同位体 / 年代決定 / 化学データ解析 / 深層海流

研究実績の概要

本年度は、以下の結果を得た。
（1）北太平洋全域を網羅するように，ODPのサイトを新たに4ヶ所選定して入手したサンプルについて，蛍光X線分析装置（XRF）による主成分元素分析および誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）による微量元素分析を行った。さらにこれらの分析データの解析から、北太平洋全域においてレアアース泥が化学的特徴の異なる二つの層から成る共通の化学層序を示すことが明らかとなった。
（２）南太平洋を含む太平洋全域のODP/IODPコアの試料について、引き続きイクチオリス層序に基く年代決定を試みた。その結果、太平洋全域でレアアース泥が白亜紀末から古第三紀にかけて堆積していることが明らかとなった。また、上記2層のレアアース泥が切り替わった時代、およびレアアースの高濃集ピークの形成年代についても、太平洋全域に共通する特徴が存在することが明らかとなった。
（３）昨年度までに採取されている南鳥島EEZのマンガンノジュール試料について、X線回折装置（XRD）による鉱物分析およびICP-MSによる主成分・微量元素分析を行った。得られたデータの解析から，これらのマンガンノジュールが2回にわたって堆積物中への埋没を経験していることが明らかとなった．また，酸化物層の化学組成は，外側から内側に向かって系統的にマンガンに富んだ組成へと変化していくことが明らかとなった。
（4）上記マンガンノジュール試料の核についても，XRDによる鉱物分析およびICP-MSによる主成分・微量元素分析を行った。その結果、これまで正体の明らかとなっていなかったシリカに富む平板状の核について，瑪瑙および水晶を含む石英脈の破片であることを明らかにした．また，核の大半を占める泥の組成について，ノジュール下盤の泥には見つかっていないSiO2に富みかつ極端にREEに乏しい泥を発見した．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

試料の採取およびそれらの分析・解析について、当初計画どおり順調に進展している。また、レアアース泥の分析データ解析および年代決定についても着実に進展している．
これらの結果から、高濃集ピークを含むレアアース泥形成のヒストリーとそれをもたらした新生代の地球表層環境変動のつながりが，かなりはっきりと見えてきたと言える。今年中にも，この成果を論文発表という形で結実させたいと考えている．また，分析を完了したマンガンノジュールデータの解析からも、ノジュール形成のきっかけ及び成長を支配するプロセスを解明するための重要な手掛かりが得られてきているほか，ノジュールと堆積物との成因的関連を示す興味深い知見も得られている。これらを総括的に評価すれば、研究の進展は当初計画を上回っていると言える。

今後の研究の推進方策

次年度には、引き続き試料の化学組成分析およびOs同位体分析並びにイクチオリス層序解析による年代決定を進める計画である。一方，得られたデータの解析についても精力的に進めていくとともに，これまでの研究で明らかとなった白亜紀末から現在に至る太平洋におけるレアアース泥の形成プロセス，および南鳥島EEZにおけるマンガンノジュールの形成史について，成果の発表を行っていく所存である．

研究成果

• [雑誌論文] A new and prospective resource for scandium: Evidence from the geochemistry of deep-sea sediment in the western North Pacific Ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa, K., Ohta, J., Mimura, K., Tanaka, E., Takaya, Y., Usui, Y., Fujinaga, K., Machida, S., Nozaki, T., Iijima, K., Nakamura, K., and Kato, Y.
  • 雑誌名: Ore Geology Reviews 巻: 102 ページ: 260-267
  • DOI: doi.org/10.1016/j.oregeorev.2018.09.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaya, Y. Yasukawa, K., Kawasaki, T., Fujinaga, K., Ohta, J., Usui, Y., Nakamura, K., Kimura, J. -i., Chang, Q., Hamada, M., Dodbiba, G., Nozaki, T., Iijima, K., Morisawa, T., Kuwahara, T., Ishida, Y., Ichimura, T., Kitazume, M., Fujita T., and Kato, Y.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 5763
  • DOI: doi:10.1038/s41598-018-23948-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray spectroscopic perspective on the formation mechanism of REY-rich muds in the Pacific Ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: cKashiwabara, T., Toda, R., Nakamura, K., Yasukawa, K., Fujinaga, K., Kubo, S., Nozaki, T., Tkahashi, Y., Suzuki, K., and Kato, Y.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta 巻: 240 ページ: 274-292
  • DOI: doi.org/10.1016/j.gca.2018.08.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] レアアース泥の起源：独立成分分析による数理統計的アプローチを中心に (2018)
  • 著者名/発表者名: 安川和孝・中村謙太郎・藤永公一郎・岩森光・加藤泰浩
  • 雑誌名: 地球化学 巻: 52 ページ: 171-210
  • DOI: doi.org/10.14934/chikyukagaku.52.171
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Chemostratigraphy and Depositional Ages of Pelagic Clay in the North Pacific Ocean: Implications for the Origin of REY-Rich Mud (2018)
  • 著者名/発表者名: Mimura, K., Yamamoto, K., Nakamura, K., Yasukawa, K., Ohta, J., Fujinaga, K., Machida, S. and Kato, Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of the Growth History of Fe-Mn Nodules in the Western North Pacific Ocean Using X-Ray CT and Elemental Mapping (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimomura, R., Nakamura, K., Machida, S., Yasukawa, K., Fujinaga, K. and Kato, Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Downhole Variation of REY-Rich Mud in the Western North Pacific Ocean Based on Bulk Chemical Composition and Nd-Sr Isotopic Ratios (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, E., Yasukawa, K., Nakamura, K., Miyazaki, T., Vaglarov, B., Ohta, J., Fujinaga, K., Iwamori, H. and Kato, Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] A Quantitative Constraint on the Distribution of Extremely REY-Rich Mud Based on Mass Balance Calculations of Nd in the Ocean (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa, K., Kawarabata, C., Tanaka, E., Mimura, K., Nakamura, K., Fujinaga, K. and Kato, Y.
  • 学会等名: Goldschmidt Conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 鉄マンガンクラストのREE組成の水深依存性：海水中溶存REEの地球化学に対する示唆． (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅見慶志朗・平野直人・町田嗣樹・安川和孝・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会
• [学会発表] 伊豆・小笠原海溝に沈み込む海底堆積物の平均化学組成に対するレアアース泥の影響の定量的評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 見邨和英・中村謙太郎・安川和孝・町田嗣樹・大田隼一郎・藤永公一郎・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地質学会第125年学術大会
• [学会発表] 資源成因研究における多変量統計解析の展開：レアアース泥への応用例 (2018)
  • 著者名/発表者名: 安川和孝・中村謙太郎・藤永公一郎・岩森光・加藤泰浩
  • 学会等名: 資源・素材2018
  • 招待講演
• [学会発表] 音響探査データ解析による南鳥島EEZレアアース泥の三次元分布の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本賢治・中村謙太郎・町田嗣樹・金子純二・北田数哉・藤永公一郎・安川和孝・野崎達生・飯島耕一・加藤泰浩
  • 学会等名: 資源・素材2018
• [学会発表] 南鳥島EEZ内に分布するマンガンノジュールの地球化学的特徴 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀之内航一・下村遼・中村謙太郎・町田嗣樹・安川和孝・藤永公一郎・野崎達生・鳥本淳司・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Origin of common chemostratigraphy of pelagic clay in the North Pacific Ocean: age constraints from ichthyolith stratigraphy (2018)
  • 著者名/発表者名: 見邨和英・山本克志・中村謙太郎・安川和孝・大田隼一郎・藤永公一郎・町田嗣樹・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Acoustic characterization of REY-rich mud in the Minamitorishima EEZ using high-resolution sub-bottom profiler data (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本賢治・中村謙太郎・町田嗣樹・金子純二・北田数也・藤永公一郎・安川和孝・野崎達生・飯島耕一・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Factors controlling the distribution of ferromanganese nodules in the Minamitorishima EEZ (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村謙太郎・下村遼・堀之内航一・町田嗣樹・安川和孝・藤永公一郎・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Identification of oxide layer structures of ferromanganese nodules in the Minamitorishima EEZ using X-ray CT (2018)
  • 著者名/発表者名: 下村遼・中村謙太郎・町田嗣樹・安川和孝・藤永公一郎・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] Characterization of nuclei of ferromanganese nodules in the Minamitorishima EEZ using X-ray CT (2018)
  • 著者名/発表者名: 下村遼・中村謙太郎・町田嗣樹・安川和孝・藤永公一郎・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
• [学会発表] 北西太平洋深海堆積物コアの全岩化学組成に基づく深海堆積物共通層序の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本克志・見邨和英・中村謙太郎・安川和孝・大田隼一郎・藤永公一郎・町田嗣樹・加藤泰浩
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合