プルーム尾部の地質情報からマントルの大規模上昇を知る

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03746
• 研究機関: 独立行政法人国立科学博物館
• 研究代表者: 佐野 貴司 独立行政法人国立科学博物館, 地学研究部, グループ長 (40329579)
• 研究分担者: 石川 晃 東京工業大学, 理学院, 准教授 (20524507) ; 清水 健二 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 技術研究員 (30420491) ; Tejada Maria・L・G 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球内部物質循環研究分野, 研究員 (40598778) ; 羽生 毅 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球内部物質循環研究分野, 主任研究員 (50359197) ; 中西 正男 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (80222165) ; 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, 主任研究員 (90356444)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 火山 / マグマ / 大陸洪水玄武岩 / 巨大海台 / ホットスポット

研究実績の概要

地球の歴史において最大のマグマ活動により形成された火山は大規模火成区（LIPs：Large Igneous Provinces）と呼ばれている。LIPsは地球内部での大規模循環を知る手がかりとして重要であり，生物の大量絶滅を引き起こした火山活動としても注目されている。LIPsの形成案として「プルームモデル」が広く受け入れられている。地下深部から上昇してきたプルームの頭部が溶融してLIPsマグマをつくり，尾部の活動がホットスポット火山列を形成するという案である。しかし，これまでにプルームが存在する明白な証拠はLIPsの火山岩からは検出されていない。一方，プルーム尾部に起源を持つホットスポット火山列からはプルーム情報が得られる可能性が高い。そこでLIPsから続くホットスポット火山列の研究を行っている。
令和元年度は東アフリカのホットスポット火山列に着目し，（１）エジプト西砂漠のバハリヤオアシスに分布する火山群および（２）エチオピアのアジスアベハ近郊に分布する大陸洪水玄武岩を対象とした地質と岩石採取を行った。（１）のエジプト西砂漠の調査はカイロ大学と共同で行い，（２）のエチオピア調査では，アジスアベハ大学とカイロ大学の協力を得た。また，（２）のエチオピア調査の前には，アジスアベハ大学のスタッフを日本へ招へいし，大陸洪水玄武岩に関するミニワークショップおよび研究打合せも行った。採取した一部の火山岩については，偏光顕微鏡を用いた記載と斑晶モード分析，蛍光X線分析装置を用いた全岩化学組成分析を開始した。
また、前年度に調査した応神海山列、パパニン海嶺、フランス領ポリネシア諸島の海底地形や重力データの一部を解析した結果を論文として公表し、さらに採取した火山岩試料の記載と全岩化学組成分析を完了し、学会発表や論文として公表する準備も行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和元年度の主目的は、エジプトとエチオピアでの地質調査および岩石採取が問題なく行えるかどうかを知るための予備調査であった。これら予備調査により、問題があった場合は、今後の調査方針を変更する予定であった。しかし、両国での調査はカイロ大学およびアジスアベハ大学の協力研究者達のお陰で問題なく遂行できることが分かった。そして、エジプトでは西砂漠のバハレイヤ火山群から10試料、エチオピアでは青ナイル付近、ケッセム地域、アカキ地域から22試料の岩石を採取し、日本へ持ち帰ることができた。
また、平成30年度に調査した応神海山列で得られた海底地形や重力データの解析結果、これまでにオントンジャワ海台やシャツキー海台で得られた地球物理学データ、海洋底から得られた堆積物・岩石の地球化学データ等の論文や学会発表での公表も行った。さらに、今後、未知試料の分析を予定している岩石・鉱物中の白金族元素や揮発性元素の定量に関する分析法の論文も公表した。
以上の研究成果を総合的に判断すると、本研究はおおむね順調に進展していると結論づけられる。

今後の研究の推進方策

前年度までにエジプトおよびエチオピアでの予備調査は完了したので、令和2年度からは、これら両国での本格的な地質調査および岩石試料採取を行う。まず令和2年度は令和3年1月にエチオピアでの本格的な地質調査を予定している。調査は日本、エジプト、エチオピアの研究者達が一緒に行う10日以上の出張を計画している。主な調査地域はアジスアベハから約90 kmの北東方向に存在するケッセム峡谷と、約40 kmの南に存在するアカキ地域である。ケッセム渓谷には10枚以上の中新世溶岩流が1000 m以上積み重なっているが、各溶岩流の分布状況や噴出年代の詳細は不明である。そこで、現地調査により、分布を明らかにすると共に、溶岩を採取・持ち帰り、40Ar/39Ar年代測定に必要な原子炉での照射を開始する。アカキ地域には鮮新世の単成火山が複数分布する。これらはかんらん石を多く含むピクライト玄武岩であり、希ガス同位体分析や揮発性元素分析に適する。そこで複数の火山において玄武岩採取を行う。
なお、万が一、年末までに新型コロナウイルス影響による海外渡航自粛要請が解除されていない場合、上記の調査旅費等は次年度に繰り越す。
地質調査以外には、前年度までに南太平洋、エジプトおよびエチオピアから持ち帰った火山岩について偏光顕微鏡による記載、蛍光X線分析装置（XRF）による全岩の主成分元素分析、誘導結合プラズマ質量分析装置（ICPMS）による微量元素分析を行う。そして、化学分析が終了した後にはデータを論文や学会発表にて公表することを目指す。
さらに、令和3年度はエジプトでの本格的な調査を行う予定である。

研究成果

• [国際共同研究] カイロ大学(エジプト)
  • 国名: エジプト
  • 外国機関名: カイロ大学
• [国際共同研究] アジスアベハ大学(エチオピア)
  • 国名: エチオピア
  • 外国機関名: アジスアベハ大学
• [雑誌論文] Near-ridge-axis volcanism affected by hotspot: insights from effective elastic thickness and topography of the Ojin Rise Seamounts, east of Shatsky Rise in the northwest Pacific Ocean (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Shoka、Nakanishi Masao、Sano Takashi
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 72 ページ: 1～8
  • DOI: 10.1186/s40623-020-1140-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Data report: Petrology and volcanic stratigraphy at Site U1513, IODP Expedition 369 (2020)
  • 著者名/発表者名: Tejada, M. L. G., E. Y. Lee, S. S. Chun, D. L. Harry, L. Riquier, C. C. Wainman
  • 雑誌名: Proceedings of the International Ocean Discovery Program 巻: 369 ページ: -
  • DOI: 10.10.14379/iodp.proc.369.202.2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrothermal chromitites from the Oman ophiolite: the role of water in chromitite genesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Arai, S., M. Miura, A. Tamura, N. Akizawa, A. Ishikawa
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 217
  • DOI: 10.3390/min10030217
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temporal evolution of proto-Izu-Bonin-Mariana arc volcanism over 10 Ma: Constraints from statistical analysis of melt inclusion compositions (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamada, M., H. Iwamori, P. A. Brandl, T. Ushikubo, K. Shimizu, M. Ito, H. Li, I. P. Savov
  • 雑誌名: Journal of Petrology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1093/petrology/egaa022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Early Cretaceous subsidence of the Naturaliste Plateau defined by a new record of volcaniclastic-rich sequence at IODP Site U1513 (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee, E. Y., E. Wolfgring, M. L. G. Tejada, D. L. Harry, C. C. Wainman, S. S. Chun, B. Schnetger, H. -J. Brumsack, A. Maritati, M. Martinez, C. Richter, Y. -X. Li, L. Riquier, K. G. MacLeod, T. R. Waller, I. Borissova, M. R. Petrizzo, B. T. Huber, Y. Kim, IODP Expedition Science Party
  • 雑誌名: Gondwana Research 巻: 82 ページ: 1-11
  • DOI: doi.org/10.1016/j.gr.2019.12.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Late Cretaceous stratigraphy and paleoceanographic evolution in the Great Australian Bight Basin based on results from IODP Site U1512 (2020)
  • 著者名/発表者名: MacLeod, K. G., L. T. White, C. C. Wainman, M. Martinez, M. M. Jones, S. J. Batenburg, L. Riquier, S.J. Haynes, D. K. Watkins, K. A. Bogus, H. -J. Brumsack, R. do Monte Guerra, K. M. Edgar, T. Edvardsen, M. L. G. Tejada, et al.
  • 雑誌名: Gondwana Research 巻: 83 ページ: 80-95
  • DOI: 10.1016/j.gr.2020.01.009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Repeated Magmatic Buildup and Deep "Hot Zones" in Continental Evolution: the Cadomian Crust of Iran (2020)
  • 著者名/発表者名: Moghadam, H. S., Q. L. Li, W. L. Griffin, R. J. Stern, O. Ishizuka, H. Henry, F. Lucci, S. Y. O’Reilly, G. Ghorbani
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 531 ページ: 115989
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.115989
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution, hydrothermal assimilation, and ascent of magma inferred from volatile contents in MORB glasses: An example from thick lava pile at IODP Site 1256 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano, T., S. Yamashita
  • 雑誌名: Lithos 巻: 346-347 ページ: 105143
  • DOI: 10.1016/j.lithos.2019.07.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identifying volatile mantle trend with the water-fluorine-cerium systematics of basaltic glass (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, K., M. Ito, Q. Chang, T. Miyazaki, K. Ueki, C. Toyama, R. Senda, B. S. Vaglarov, T. Ishikawa, J. -I. Kimura
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 522 ページ: 283-294
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2019.06.014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ analyses of hydrogen and sulfur isotope ratios in basaltic glass using SIMS (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, K., T. Ushikubo, T. Murai, F. MShimizu, K., T. Ushikubo, T. Murai, F. Matsu’ura, Y. Ueno
  • 雑誌名: Geochemical Journal 巻: 53 ページ: 195-207
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0559
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of crusal and uppermost-mantle seismic discontinuities in the Ontong Java Plateau (2019)
  • 著者名/発表者名: Tonegawa, T., S. Miura, A. Ishikawa, T. Sano, D. Suetsugu, T. Isse, H. Shinohara, H. Sugioka, A. Ito, Y. Ishihara, S. Tanaka, M. Obayashi, J. Yoshimitsu, T. Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 124 ページ: 7155-7170
  • DOI: 10.1029/2018JB016970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oceanic plateau formation by seafloor spreading implied by Tamu Massif magnetic anomalies (2019)
  • 著者名/発表者名: Sager, W. W., H. Yanming, M. Tominaga, J. A. Greene, M. Nakanishi, J. Zhang
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 12 ページ: 661-666
  • DOI: 10.1038/s41561-019-0390-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Refinement of the micro-distillation technique for isotopic analysis of geological samples with pg-level osmium contents (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, N., T. Yokoyama, A. Ishikawa
  • 雑誌名: Geostandards and Geoanalytical Research 巻: 43 ページ: 231-243
  • DOI: doi.org/10.1111/ggr.12262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precambrian basement, provenance implication, and tectonic evolution of the Gargan block of the Tuva-Mongolia Zone, Central Asian Orogenic Belt (2019)
  • 著者名/発表者名: Bold, U., Y. Isozaki, S. Aoki, S. Sakata, A. Ishikawa, Y. Sawaki, H. Sawada
  • 雑誌名: Gondwana Research 巻: 75 ページ: 172-183
  • DOI: 10.1016/j.gr.2019.05.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Miocene impact ejecta layer in the pelagic Pacific Ocean (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, T., J. Ohta, T. Noguchi, H. Sato, A. Ishikawa, Y. Takaya, J. -I. Kimura, Q. Chang, K. Shimada, J. -I. Ishibashi, K. Yasukawa, K. Kimoto, K. Iijima, Y. Kato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 16111
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52709-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Petit-spot volcanoes on the oldest portion of the Pacific Plate (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirano, N., H. Iwano, S. Machida, H. Sumino, K. Shimizu, A. Tamura, T. Morishita, S. Sakata, T. Ishii, S. Arai, S. Yoneda, T. Danhara, T. Hirata
  • 雑誌名: Deep-Sea Research Part I 巻: 154 ページ: 103142
  • DOI: 10.1016/j.dsr.2019.103142
  • 査読あり
• [学会発表] 揮発性元素から推測した中央海嶺玄武岩マグマの分化と上昇過程 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐野貴司・山下茂
  • 学会等名: 日本火山学会2019年度秋期大会
• [学会発表] SIMSによる火山ガラス含水量分析に関するマトリックス効果の検証と補正の試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水健二・牛久保孝行・桂木悠希・平野直人・山下茂
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] Volatile composition in ocean island basalts (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Total carbon dioxide in melt inclusions with shrinkage bubbles (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanyu, T., J. Yamamoto, K. Kimoto, Y. Nakamura, K. Shimizu, T. Ushikubo
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 炭酸塩化された海洋地殻リサイクルの証拠；HIMU玄武岩のメルト包有物より (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅・木村純一・常青・浜田盛久・清水健二・牛久保孝行・伊藤元雄・石川剛志・岩森光
  • 学会等名: 日本地球化学会第66回年会
• [学会発表] 気泡のあるメルト包有物の二酸化炭素精密測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽生毅・山本順司・木元克典・中村由里子・清水健二・牛久保孝行
  • 学会等名: 日本火山学会2019年秋季大会
• [学会発表] Tectonics of the abyssal basins surrounding the Ontong Java Plateau (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, M., S. Shimizu, D. Suetsugu, T. Sano,
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] SIMSによる玄武岩質ガラスの水素、硫黄同位体比分析法とその応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水 健二・牛久保 孝行・村居 呂一・松浦 史宏・上野 雄一郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] Emplacement history of the volcanic sequence at Site U1513, Naturaliste Plateau and Mentelle Basin, IODP Expedition 369 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tejada, M. L. G., E. Y. Lee, H.-J. Brumsack, J.-I. Kimura, D. L. Harry, C. Richter, Y. -X. Li, C. C. Wainman, L. Riquier, T. Jiang, L. White, R. Hobbs, E. Wolfgring, M. Martinez, IODP Expedition 369 Scientists
  • 学会等名: International Symposium on Antarctic Earth Sciences, Incheon, Republic of Korea
  • 国際学会
• [学会発表] Flood basalt-related magmatism and mineralization in the Naturaliste Plateau? Preliminary findings from IODP Expedition 369 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tejada, M. L. G., E. Y. Lee, H. -J. Brumsack, R. Hobbs, B. Huber, K. Bogus, C. Richter, Y. -X. Li, D. L. Harry, T. Jiang, L. Riquier, C. C. Wainman, J. Kuroda, S. Haynes, A. Maritati, G. Tagliaro, IODP Expedition 369 Scientists,
  • 学会等名: European Geoscience Meeting, Vienna, Austria
  • 国際学会
• [学会発表] IODP Site U1513 volcanic sequence, Naturaliste Plateau: Implications on East Gondwana breakup (2019)
  • 著者名/発表者名: Tejada, M. L. G., E. Y. Lee, H. -J. Brumsack, J. -I. Kimura, D. L. Harry, C. Richter, Y. -X. Li, C. Wainman, L. Riquier, T. Jiang, L. White, R. Hobbs, E. Wolfgring, M. Martinez, IODP Expedition 369 Scientists
  • 学会等名: Goldschmidt 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal geochemical variation of Mt. Pelee magma -link to flank collapse? (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka, O., B. Villemant, B. Caron, F. Maeno, A. Le Friant, K. S.Kataoka
  • 学会等名: ANR-CARIB
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 沈み込み帯の誕生と島弧創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石塚 治
  • 学会等名: 日本火山学会秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 伊豆小笠原マリアナ弧創成期のフィリピン海プレート -ガラス質試料のArAr年代測定の可能性- (2019)
  • 著者名/発表者名: 石塚 治
  • 学会等名: 放射化分析研究会
• [学会・シンポジウム開催] Mini-workshop for Afar Rift Large Igneous Province (2019)