下部地殻-上部マントルにおける蛇紋岩化作用による新有機物圏の形成

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01993
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 三瓶 良和 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (00226086)
• 研究分担者: 松本 一郎 島根大学, 学術研究院教育学系, 教授 (30335541) ; 大平 寛人 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (60273918)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 蛇紋岩 / 炭化水素 / 有機炭素 / 無機炭素 / バイオマーカー

研究実績の概要

二年目の2020年度は，三郡帯超塩基性岩分布域の東縁に位置する岡山県真庭市滝の上地域と田口地域において４日間のルート地質調査および岩石試料採取を行い，岩石薄片観察，CHNS元素分析およびGC-MS分析を行った。
（１）岩石記載等　滝の上・田口の両地域ではいずれも蛇紋岩の他に局所的にガブロ・ドレライトが確認された（岩石採取を行った18地点中，11地点が蛇紋岩，3地点がガブロ，2地点がドレライト，2地点が火山岩）。花崗岩の分布は全く確認されず，採取された試料には接触変成の影響はほとんどないものと判断される。蛇紋岩の薄片観察では多形でぜん虫状を示すクロムスピネルが多く認められた。
（２）CHNS元素　蛇紋岩のTOC濃度の平均値は0.102%（0～0.298%），炭酸塩C濃度の平均値は0.269%（0～0.567%）で昨年度の白馬八方地域と同様な傾向であり，後者が多いことは蛇紋岩形成時の熱水環境が相対的に酸化的だったことを示唆する。TOC濃度とTH濃度に相関は認められなかった（r=0.21）。炭酸塩C濃度とTS濃度には正の相関が認められ（r=0.67），水の供給源には重炭酸イオンを含む海水の影響が大きかったことを示唆する。炭酸塩C濃度とTH濃度には負の相関が認められた（r=-0.74）。
（３）炭化水素　岩石・鉱物クラックの外側には，ステラン・ホパンは検出されず，裸子植物起源テルパンとプリスタン・フィタンが検出され，n-アルカンのCPI値は大きいことから，周辺堆積岩からの炭化水素の移動があった。同内側には，ステラン・ホパン，裸子植物起源テルパンおよびプリスタン・フィタンが検出され，バクテリアと陸上高等植物の両方の影響が認められた。このことは，蛇紋岩化作用時に周辺からの炭化水素の取込みがあり，またバクテリア活動も速やかに起こっていた可能性を示唆する。

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

2020年度に調査予定だった長野県白馬村を2019年度に前倒しして行い，中国地方中部地域の調査は2019年度と2020年度の2年間をかけて行った。新型コロナの影響等もあり，IODP Expedition 357（Atlantis Massif）により採取されて島根大学に保管されていた試料の分析等は2021年度に先送りされたが，重要な部分は概ね予定どおりに進行したと評価される。学会発表は日本有機地球科学会で行う予定であったが，新型コロナの影響により学会そのものが取りやめとなった。
2019年度は，飛騨外縁構造帯の長野県白馬村八方尾根東-岩岳山南地域（中部山岳国立公園は含まれず，その外側東方の地域）および三郡帯の中国地方中部地域鳥取県日南町多里三坂・広島県庄原市白滝山-道後山・岡山県新見市神郷高瀬-足立において，それぞれ６日間（6/29,6/30,7/1,9/8,9/9,9/10）と５日間（5/5, 9/5, 9/16, 10/6, 10/20）のルート地質調査および岩石試料採取を行った。2020年度は三郡帯超塩基性岩分布域の東縁に位置する岡山県真庭市滝の上地域と田口地域において４日間（9/3,9/4,9/8,9/9）のルート地質調査および岩石試料採取を行った。それらの試料を用いて，岩石薄片観察，炭素・水素・窒素・イオウ元素分析（長野52試料・中国地方59試料）およびGC-MS分析（鉱物粒の外側と内側の分析，長野11試料×3回・中国地方20試料×3回）を行った。これらの調査・分析は順調に進行した。
現在までの結果として，蛇紋岩形成時の熱水環境が相対的に酸化的だったこと，水の供給源には重炭酸イオンを含む海水の影響が大きかったこと，蛇紋岩化作用時に周辺からの炭化水素の移動・取込みがあったこと，蛇紋岩化作用後に岩石が固結密閉する前にバクテリア活動が起こっていたこと，などが明らかとなった。

今後の研究の推進方策

2019-2020年度の研究成果は中国地方中部地域と長野県に分布する蛇紋岩を基に導きだされたが，最終年度の2021年度は，その結果を検証するために中国地方中部地域と長野県の中間に分布する鳥取県，兵庫県および京都府の蛇紋岩について同様な検討を行い，全体を取りまとめる。
具体的な地域は，鳥取県若桜町-八頭町・兵庫県養父市関宮-豊岡市担東町・京都府与謝野町-宮津市とし，蛇紋岩の岩石採取（約30試料を予定）と分析を行う（2019-2020年度では中国地方59試料，長野県52試料を採取している）。2021年度は併せてIODP Expedition 357（Atlantis Massif）により採取されて島根大学に保管されている蛇紋岩優勢岩21試料・かんらん岩（一部蛇紋岩化）優勢岩5試料を用い，西日本試料との比較を行う。
2019-2020年度の結果では，岩石・鉱物クラックの内側までバクテリア由来のホパン類が検出されたことから蛇紋岩化作用後まもなくバクテリア活動が起こっていたことが示唆された。最終年度には，特に特徴的な岩石試料を選んで，熱分析（DTA-TG）およびロックエバル分析も行って，蛇紋岩およびその微量有機物の熱分解特性も併せて検討する。それらの結果を基に，「最下部地殻-最上部マントル由来岩石に存在する①熱水または続成作用によって生成され周辺堆積物へ移動し取り込まれた石油炭化水素，②サブダクションから上部マントルに供給されて分解し残っていた炭化水素類，③FT反応で生成されたn-アルカン等，④バクテリア活動が生成した炭化水素等」の4者の相互関係を定性定量的に明らかにする。成果の学会発表等については，新型コロナウイルスの影響はあるものの日本有機地球科学会等が開かれる見込みがあれば参加して成果を発信する。