地球環境変動・資源生成の真に革新的な統合理論の創成

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H05658
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 加藤 泰浩 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40221882)
• 研究分担者: 岩森 光 東京大学, 地震研究所, 教授 (80221795) ; 安川 和孝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00757742) ; 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) ; 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 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70793579) ; 野崎 達生 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), グループリーダー代理 (10553068) ; 高谷 雄太郎 早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員(研究院准教授) (10636872)
• 研究期間 (年度): 2020-08-31 – 2025-03-31
• キーワード: 海底鉱物資源 / 資源探査 / グローバル物質循環

研究実績の概要

2020年度において研究代表者らは，南鳥島EEZを含む北西太平洋の海底堆積物の全岩化学組成データを解析し，研究代表者らの先行研究で構築していたEEZ内の化学層序がEEZの外部にもそのまま拡張できることを明らかにした．これにより，北西太平洋の海山群が林立する海域の深海盆の堆積層序を対応づけることが可能となり，南鳥島EEZ内に見られる超高濃度レアアース泥は北西太平洋に広く分布していることを明らかにすることができた．また，国際深海科学掘削計画 (IODP) により採取された南北太平洋の遠洋性粘土を含む掘削コア試料を用いて，イクチオリス層序にベイズ推定を取り入れた新たなアプローチに基づく堆積年代決定と広域的な化学層序対比を行った．その結果，北太平洋の特定の緯度帯において約5,000万年間という長期にわたり高品位なレアアース泥層が堆積していたことを明らかにした．これらの研究と並行して，イクチオリス層序を用いた遠洋性粘土の堆積年代決定を精緻化・効率化するために，深層学習モデルに基づく画像認識手法を用いたイクチオリス化石の鑑定の自動化も進めている。さらに，地球環境変動の解読とグローバル物質循環の解明については，南太平洋ラウ海盆の海底掘削コア試料の全岩化学組成とOs同位体比の分析・解析により，過去30万年間の氷期-間氷期サイクルに連動して海水のOs同位体比が変動していることを見出した．この成果は，近年の地球温暖化で注目を集めている氷床体積の変動が，大気・海洋・生物圏のみならず，固体地球圏のプロセスにも影響しうることを示した点で画期的といえる．これは従来，大陸と海底火山で別個に議論されていたが，本研究ではそれらの影響を統合的に海水のOs同位体比から復元し，新しい地球化学的証拠を提示することに成功した．

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

研究代表者らは，太平洋全域で採取された遠洋性粘土試料の全岩化学分析，同位体比分析，顕微鏡観察，鉱物組成分析を行い，研究代表者らが既に構築していた南鳥島EEZ内の化学層序を太平洋全域にも拡張できることを明らかにした．また，遠洋性粘土のOs同位体年代測定に加え，イクチオリス層序にベイズ推定を取り入れた新たなアプローチに基づく高精度な堆積年代手法の確立にも成功した．これらの成果は，すでにOre Geology ReviewsやMineralsなどの国際誌に公表したほか，国際・国内学会でも発表している．さらに，当初2023年度から開始する予定であった地球環境変動の解読とグローバル物質循環の解明についても，南太平洋ラウ海盆の遠洋性粘土から，過去30万年間の氷期-間氷期サイクルに連動して海水のOs同位体比が変動していることを見出すことに成功し，海洋Osマスバランスシミュレーションにより詳しく検討した結果，大陸氷床の発達／縮小に伴って陸上岩石の風化および海底熱水活動が変化していたことが示唆された．この成果は，近年の地球温暖化で注目を集めている氷床体積の変動が，大気・海洋・生物圏のみならず，固体地球圏のプロセスにも影響しうることを示した点で画期的といえる．これまで，数百万年以上の長期では「固体地球のプロセスが地球の気候を支配する」という因果関係が知られていたが，本研究により，氷期－間氷期サイクルという数万年スケールの変動においては「気候変動に対して固体地球が鋭敏に応答する」という逆の因果関係が存在することが示された．本成果はScientific Reports誌に発表するとともにプレスリリースを行い，新聞やネットニュースにも掲載された．以上のことから，本研究は当初の目標に向けて予定を上回るペースで進捗しているといえる．

今後の研究の推進方策

今後も，当初の研究計画に従って研究を進展させていく．これまでと同様に，試料採取，基礎記載，全岩化学分析，高精度Sr－Nd－Pb同位体分析，Os同位体およびイクチオリス層序による年代決定の各項目について研究を遂行する．さらに，既に取得したデータと合わせて有用元素を含む主成分元素および微量元素を網羅した膨大な組成データセットを構築するとともに，独立成分分析などによる統計解析を引き続き実施し，遠洋性粘土の化学組成の時間変化や堆積層の削剥の記録を網羅的に把握する．これにより，海洋の深層循環のパターンと消長を読み解き、その変動を支配する要因について，過去の地球の大陸配置やバックグラウンド環境の変遷 (大陸氷床の消長等) に着目して考察する．堆積物のSr－Nd－Pb同位体比からは，遠洋性粘土を構成する砕屑性成分の供給源 (ユーラシア大陸、アメリカ大陸、オーストラリア大陸等) を識別し，プレート移動や気候変動と物質循環の関連を読み解く．また，風成塵の成分から陸上環境および大気循環についての情報も取得することで，地球表層環境における物理化学的な変動の全貌を描き出す．

研究成果

• [雑誌論文] A Paleogene magmatic overprint on Cretaceous seamounts of the western Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano Naoto、Sumino Hirochika、Morishita Taisei、Machida Shiki、Kawano Takaomi、Yasukawa Kazutaka、Hirata Takafumi、Kato Yasuhiro、Ishii Teruaki
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 30 ページ: -
  • DOI: 10.1111/iar.12386
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fine‐scale chemostratigraphy of cross‐sectioned hydrogenous ferromanganese nodules from the western North Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Machida Shiki、Nakamura Kentaro、Kogiso Tetsu、Shimomura Ryo、Horinouchi Koichi、Okino Kyoko、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Island Arc 巻: 30 ページ: -
  • DOI: 10.1111/iar.12395
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Petrology, geochemistry, and geochronology of plutonic rocks from the present Southwest Indian Ridge: Implications for dropstone distribution in the Indian Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Hiroshi、Machida Shiki、Senda Ryoko、Sato Keiko、Kumagai Hidenori、Hyodo Hironobu、Yoneda Shigekazu、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 29 ページ: 100725～100725
  • DOI: 10.1016/j.polar.2021.100725
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Purification of calcium fluoride (CaF2) sludge by selective carbonation of gypsum (2021)
  • 著者名/発表者名: Takaya Yutaro、Inoue Shota、Kato Tatsuya、Fuchida Shigeshi、Tsujimoto Susumu、Tokoro Chiharu
  • 雑誌名: Journal of Environmental Chemical Engineering 巻: 9 ページ: 104510～104510
  • DOI: 10.1016/j.jece.2020.104510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stratigraphic Variations of Fe?Mn Micronodules and Implications for the Formation of Extremely REY-Rich Mud in the Western North Pacific Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa Kazutaka、Kino Satoshi、Ohta Junichiro、Azami Keishiro、Tanaka Erika、Mimura Kazuhide、Fujinaga Koichiro、Nakamura Kentaro、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Minerals 巻: 11 ページ: 270～270
  • DOI: 10.3390/min11030270
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study on the Synthesis of Hydroxyapatite under Highly Alkaline Conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Mauricio Crdova-Udaeta、Kim Yonggu、Yasukawa Kazutaka、Kato Yasuhiro、Fujita Toyohisa、Dodbiba Gjergj
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 60 ページ: 4385～4396
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.0c05969
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Marine osmium isotope record during the Carnian “pluvial episode” (Late Triassic) in the pelagic Panthalassa Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomimatsu Yuki、Nozaki Tatsuo、Sato Honami、Takaya Yutaro、Kimura Jun-Ichi、Chang Qing、Naraoka Hiroshi、Rigo Manuel、Onoue Tetsuji
  • 雑誌名: Global and Planetary Change 巻: 197 ページ: 103387～103387
  • DOI: 10.1016/j.gloplacha.2020.103387
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid coupling between solid earth and ice volume during the Quaternary (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuwahara Yusuke、Yasukawa Kazutaka、Fujinaga Koichiro、Nozaki Tatsuo、Ohta Junichiro、Sato Honami、Kimura Jun-Ichi、Nakamura Kentaro、Yokoyama Yusuke、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84448-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auriferous pyrite formed by episodic fluid inputs in the Akeshi and Kasuga high-sulfidation deposits, Southern Kyushu, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida Mizuki、Romero Rurik、Leisen Mathieu、Yasukawa Kazutaka、Nakamura Kentaro、Barra Fernando、Reich Martin、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Mineralium Deposita 巻: 57 ページ: 129～145
  • DOI: 10.1007/s00126-021-01053-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemostratigraphic Correlations of Deep-Sea Sediments in the Western North Pacific Ocean: A New Constraint on the Distribution of Mud Highly Enriched in Rare-Earth Elements (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Erika、Nakamura Kentaro、Yasukawa Kazutaka、Mimura Kazuhide、Fujinaga Koichiro、Ohta Junichiro、Iijima Koichi、Nozaki Tatsuo、Machida Shiki、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 575～575
  • DOI: 10.3390/min10060575
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] U-Pb zircon geochronology and geochemical constraints on the Ediacaran continental arc and post-collision Granites of Wadi Hawashiya, North Eastern Desert, Egypt: Insights into the ~600?Ma crust-forming Event in the northernmost part of Arabian-Nubian Shield (2020)
  • 著者名/発表者名: El-Bialy M.Z.、Eliwa H.A.、Mahdy N.M.、Murata M.、El-Gameel K.H.、Sehsah H.、Omar M.、Kato Y.、Fujinaga K.、Andresen A.、Thomsen T.B.
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 345 ページ: 105777～105777
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2020.105777
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] U-Pb dating of granitic cobble (dropstone) recovered from inner slope of the Chile Trench (48°S): Constraint for its provenance (2020)
  • 著者名/発表者名: Orihashi Yuji、Anma Ryo、Machida Shiki、Sasaki Minoru、Nakao Kaishi、Takaku Yuichi、Abe Natsue
  • 雑誌名: GEOCHEMICAL JOURNAL 巻: 54 ページ: 195～201
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geochemical features of Fe-Mn micronodules in deep-sea sediments of the western North Pacific Ocean: Potential for co-product metal extraction from REY-rich mud (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa Kazutaka、Kino Satoshi、Azami Keishiro、Tanaka Erika、Mimura Kazuhide、Ohta Junichiro、Fujinaga Koichiro、Nakamura Kentaro、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Ore Geology Reviews 巻: 127 ページ: 103805～103805
  • DOI: 10.1016/j.oregeorev.2020.103805
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compositional heterogeneity of Archean mantle estimated from Sr and Nd isotopic systematics of basaltic rocks from North Pole, Australia, and the Isua supracrustal belt, Greenland (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Hitomi、Sano Ayane、Kagami Saya、Yokoyama Tetsuya、Ishikawa Akira、Komiya Tsuyoshi、Iwamori Hikaru
  • 雑誌名: Precambrian Research 巻: 347 ページ: 105803～105803
  • DOI: 10.1016/j.precamres.2020.105803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biotic and environmental changes in the Panthalassa Ocean across the Norian (Late Triassic) impact event (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Honami、Takaya Yutaro、Yasukawa Kazutaka、Fujinaga Koichiro、Onoue Tetsuji、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00371-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geochemical Features of Redox-Sensitive Trace Metals in Sediments under Oxygen-Depleted Marine Environments (2020)
  • 著者名/発表者名: Yano Moei、Yasukawa Kazutaka、Nakamura Kentaro、Ikehara Minoru、Kato Yasuhiro
  • 雑誌名: Minerals 巻: 10 ページ: 1021～1021
  • DOI: 10.3390/min10111021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation of highly Zn-enriched sulfide scale at a deep-sea artificial hydrothermal vent, Iheya-North Knoll, Okinawa Trough (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Tatsuo、Nagase Toshiro、Torimoto Junji、Takaya Yutaro、Ishibashi Jun-ichiro、Shimada Kazuhiko、Watanabe Masayuki、Masaki Yuka、Iijima Koichi、Kitada Kazuya、Saitoh Masafumi、Yokoyama Takahiro、Akiyama Keita、Sakurai Noriaki、Saruhashi Tomokazu、Kyo Masanori、Kumagai Hidenori、Maeda Lena
  • 雑誌名: Mineralium Deposita 巻: 56 ページ: 975～990
  • DOI: 10.1007/s00126-020-01022-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [学会発表] LA法による鉛同位体比測定を用いた鉱床金属の起源物質の推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 戸塚修平・島田和彦・野崎達生・木村純一・常青・石橋純一郎
  • 学会等名: SAGテクノロジー・ショーケース2021
• [学会発表] パッシブトリートメント導入に向けた石灰石による酸性坑廃水中和処理シミュレーションの作成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高谷雄太郎・淵田茂司・所千晴・濱井昂弥・正木悠聖・堀内健吾
  • 学会等名: 資源・素材学会2021年度春季大会
• [学会発表] 中部沖縄トラフ伊平屋北海丘チムニー中の共晶組織の成因 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大森敬太・長瀬敏郎・野崎達生・栗林貴弘
  • 学会等名: 日本鉱物科学会
• [学会発表] 深海熱水噴出域における電気生態系の探索と解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 下新井田康介・山本正浩・川田佳史・笠谷貴史・高谷雄太郎・谷崎明子・鹿島裕之・高木善弘・野崎達生・高井研
  • 学会等名: 極限環境生物学会
• [学会発表] Shallow-water carbonates off Minamitorishima and their depositional settings/history (2020)
  • 著者名/発表者名: Aftabuzzaman, Md., Yomogida, K., Suzuki, S., Takayanagi, H., Ishigaki, A., Machida, S., Asahara, Y., Yamamoto, K., Hirano, N., Sano, S.-I., Chiyonobu, S., Bassi, D. and Iryu, Y.
  • 学会等名: 日本サンゴ礁学会第23回大会
• [学会発表] 四国海盆海洋コアコンプレックスから明らかにする背弧海盆海洋地殻 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小原泰彦・沖野郷子・秋澤紀克・藤井昌和・針金由美子・平内健一・石塚治・町田嗣樹・道林克禎・Sanfilippo Alessio・Sani Camilla・Basch Valentin・Snow Jonathan E.・Sen Atlanta・谷健一郎・山下浩之
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2020
• [学会発表] 南鳥島南東沖のプチスポット火山群：YK18-08/YK19-05航海総括 (2020)
  • 著者名/発表者名: 町田嗣樹・平野直人・金子純二・秋澤紀克・浅見慶志朗・田中えりか・石井輝秋・YK18-08/YK19-05S航海乗船研究者一同
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2020
• [学会発表] プチスポット火山から探るアウターライズでの太平洋プレート弱化と改変の実態解明 溶岩，マントル捕獲岩，熱水活動の包括的な理解を目指して (2020)
  • 著者名/発表者名: 秋澤紀克・町田嗣樹・平野直人・新保陽輔・中尾魁史・三國和音・石川晃・藤田遼・下田玄・安川和孝・金子純二
  • 学会等名: 地球と海のシンポジウム2020
• [学会発表] 海底下の硫化物鉱床初期形成過程は微生物活動が促進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 野崎達生・長瀬敏郎・牛久保孝行・清水健二・石橋純一郎・CK16-05航海乗船研究者
  • 学会等名: 海と地球のシンポジウム2020
• [備考] 加藤・中村・安川研究室ホームページ
  • URL: https://kato-nakamura-yasukawa-lab.jp/
• [備考] 南鳥島レアアース泥を開発して日本の未来を拓く
  • URL: https://utf.u-tokyo.ac.jp/project/pjt124