マントル鉱物の極微量揮発性成分から読み解く地球内部水循環

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01320
• 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: 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), 副主任研究員 (30420491)
• 研究分担者: 石川 晃 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20524507)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 無水鉱物 / 含水量 / SIMS

研究実績の概要

地球のマントルが化学的に不均質である最大の要因は、地球内部を巡る水である。固体地球における水を含む揮発性成分の循環はマントルの状態や対流に大きな影響を与え、その理解は地球のダイナミクスと進化の解明に必要不可欠である。これまで研究代表者を含め、マントルを反映するマグマ（深海底玄武岩ガラスやメルト包有物）の揮発性成分に着目して、マントル内の水分布や振る舞いについて研究されてきたが、融解過程で本来不均質であった起源マントル組成は平均化され、全容解明するために必要なデータは十分に揃っていない。本研究では高感度、高空間分解能の二次イオン質量分析計（SIMS: IMS-1280HR）を用い、マントル鉱物に含まれる極微量の水、フッ素、塩素、硫黄の揮発性成分量分析法を開発し、世界に先駆けてマントル物質そのものから揮発性成分のデータを系統的に揃え、解析し地球内部水循環解明に向けた研究を推し進める。本研究の応用範囲は非常に広く、マントル鉱物の揮発性成分に関する研究は大きく前進する。
本研究課題最終年度である令和2年度は、これまでに成功したカンラン石中の極微量の含水量に関する応用研究を行った。研究対象試料はフレンチポリネシアのマントル捕獲岩40試料で全てにカンラン石が含まれる。SIMS分析のための準備を行い、分析した結果、試料の変質した部分の影響でバックグラウンドが上がってしまい、正確な値を求められないという新たな問題に直面した。今後は変質のない部分だけを切り出し試料準備をするつもりである。
また本研究に関する、予察的な結果を国際学会にて公表している。それと並行し、地球内部の揮発性元素の振る舞いに関して更なる制約を与えるための成果とこれらを発展させる分析技術に関する成果を、筆頭1本を含む9本の論文として公表した。また、研磨方法に関する特許を取得した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] マントルの酸化還元状態の制約に向けた軟X線マイクロビームによる火山ガラス及びメルト包有物中の硫黄の化学形態分析の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水 健二、柏原 輝彦、為則 雄祐
  • 雑誌名: SPring-8/SACLA利用研究成果集 巻: 9 ページ: 11～15
  • DOI: 10.18957/rr.9.1.11
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Persistent gas emission originating from a deep basaltic magma reservoir of an active volcano: the case of Aso volcano, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Masataka、Hasenaka Toshiaki、Koga Kenneth T.、Rose-Koga Estelle F.、Yasuda Atsushi、Hokanishi Natsumi、Mori Yasushi、Shimizu Kenji、Ushikubo Takayuki
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 176 ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00410-020-01761-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magma Source Evolution Following Subduction Initiation: Evidence From the Element Concentrations, Stable Isotope Ratios, and Water Contents of Volcanic Glasses From the Bonin Forearc (IODP Expedition 352) (2021)
  • 著者名/発表者名: Coulthard Daniel A.、Reagan Mark K.、Shimizu Kenji、Bindeman Ilya N.、Brounce Maryjo、Almeev Renat R.、Ryan Jeffrey、Chapman Timothy、Shervais John、Pearce Julian A.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 22 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020GC009054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magmatic Response to Subduction Initiation, Part II: Boninites and Related Rocks of the Izu‐Bonin Arc From IODP Expedition 352 (2021)
  • 著者名/発表者名: Shervais John W.、Reagan Mark K.、Godard Marguerite、Prytulak Julie、Ryan Jeffrey G.、Pearce Julian A.、Almeev Renat R.、Li Hongyan、Haugen Emily、Chapman Timothy、Kurz Walter、Nelson Wendy R.、Heaton Daniel E.、Kirchenbaur Maria、Shimizu Kenji、Sakuyama Tetsuya、Vetter Scott K.、Li Yibing、Whattam Scott
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 22 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2020GC009093
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Silicate melt inclusions in the new millennium: A review of recommended practices for preparation, analysis, and data presentation (2021)
  • 著者名/発表者名: Rose-Koga E.F.、Bouvier A.-S.、Gaetani G.A.、Wallace P.J.、Allison C.M.、Andrys J.A.、Angeles de la Torre C.A.、Barth A.、Bodnar R.J.、Bracco Gartner A.J.J.、Butters D.、Castillejo A.、Chilson-Parks B.、Choudhary B.R.、Cluzel N.、Cole M.、Cottrell E.、Shimizu K.など
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 570 ページ: 120145～120145
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial sulfate reduction plays an important role at the initial stage of subseafloor sulfide mineralization (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Tatsuo、Nagase Toshiro、Ushikubo Takayuki、Shimizu Kenji、Ishibashi Jun-ichiro、and the D/V Chikyu Expedition 909 Scientists
  • 雑誌名: Geology 巻: 49 ページ: 222～227
  • DOI: 10.1130/G47943.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Mineral compositions and thermobarometry of basalts and boninites recovered during IODP Expedition 352 to the Bonin forearc (2020)
  • 著者名/発表者名: Whattam Scott A.、Shervais John W.、Reagan Mark K.、Coulthard Daniel A.、Pearce Julian A.、Jones Peter、Seo Jieun、Putirka Keith、Chapman Timothy、Heaton Daniel、Li Hongyan、Nelson Wendy R.、Shimizu Kenji、Stern Robert J.
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 105 ページ: 1490～1507
  • DOI: 10.2138/am-2020-6640
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal Evolution of Proto-Izu-Bonin-Mariana Arc Volcanism over 10 Myr: Constraints from Statistical Analysis of Melt Inclusion Compositions (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamada Morihisa、Iwamori Hikaru、Brandl Philipp A、Ushikubo Takayuki、Shimizu Kenji、Ito Motoo、Li He、Savov Ivan P
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: 61 ページ: -
  • DOI: 10.1093/petrology/egaa022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Verification and correction of matrix effect on water concentration of volcanic glasses by SIMS (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., T. Ushikubo, T. Kuritani, N. Hirano, S. Yamashita
  • 学会等名: Goldshmidt Conference 2020
• [産業財産権] 研磨方法 (2020)
  • 発明者名: 清水健二
  • 権利者名: 海洋研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第6754519号