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地震時には地下深部で膨大なエネルギーが放出される。その大部分は熱となり、断層帯内部での岩石と水の物理化学反応を促進する。本研究では、『この地震時の物理化学反応を生命活動に利用する化学合成微生物が、南海トラフ沈み込み帯の地下生命圏を形成している』という仮説を、地震断層運動を再現する摩擦実験によって検証する。特に、断層摩擦発熱によって南海プレート境界物質の酸化還元反応状態がどの程度変化するのかを、X線吸収微細構造分析（放射光XAFS分析）を用いて詳細に調べる。本研究の実験・分析結果と実際の地震観測データを組み合わせると、南海トラフで生命が利用可能な地震化学反応エネルギー量の時空間分布を描くことが可能となり、その知見は沈み込み帯での地震活動－物質循環－生命プロセスの総合的な理解に繋がると期待される。
令和４年度は、これまでの研究結果を総括する過程で補足実験の必要性が明らかとなったため、南海トラフ・プレート境界断層岩および橄欖石の地震時の動的高速すべりを再現する低～高速摩擦剪断実験を行った。また、その回収試料の微細構造観察を実施するとともに、昨年度までに取得した放射光施設SPring-8でのXAFS分析データの解析を進めた。実験およびXAFS分析データの解析の結果、地震断層すべり時の動的剪断エネルギーが大きくなるにつれて全鉄に対する2価鉄の割合が、断層岩では還元反応によって約3%増加するのに対して、橄欖石の場合は酸化反応によって約9%減少する傾向を捉えた。また、橄欖石の実験・観察からは、摩擦熱を伴う高速剪断によるナノサイズ粒子の生成が、瞬間的な酸化反応を促進している可能性を見出すとともに、動的酸化反応の進行と剪断エネルギーにはシグモイド関数で表現される相関関係があることを再確認した。今後、これまでの成果をまとめて論文として公表することを目指す。
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