| 研究課題/領域番号 |
21H04667
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| 研究機関 | 千葉工業大学 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
安川 和孝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00757742)
大田 隼一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70793579)
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| キーワード | マンガンノジュール / 南鳥島EEZ / X線CTスキャン / マイクロXRF / 下部周極深層水 |
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| 研究実績の概要 |
南鳥島EEZ内で行われた全16回の有人潜水調査船「しんかい6500」による潜航調査（YK16-01およびYK17-11C航海）により採取された全試料について、X線CTスキャンにより明らかになった3次元Fe-Mn層の成長構造を解析した。さらに、微小部蛍光X線分析装置（マイクロXRF）を用いてYK16-01航海で採取したマンガンノジュール（各サンプリング地点の代表性をCTデータに基づき考慮）の微細な化学構造を明らかにし、ノジュールの広域分布との対応を検討した。以上の解析の結果、(1)ノジュールは形状や大きさの違いに関わらず、どの方向にも均等に成長すること、(2)様々な大きさのノジュールの成長開始は同時ではなく間欠的で、広大なノジュールフィールド全体において同様の層構造パターンを形成することが判明した。さらに、南極周辺から地形のフレームワークに沿って流れる下部周極深層水が、何度も南鳥島EEZ海域に流入することによって新しいノジュールの断続的な形成開始と既存のノジュールのさらなる成長を促していることが明らかになった。南鳥島EEZにおけるFe-Mn酸化物層の成長過程の一般性・普遍性を示すことができた一方で、地形と深層海流という資源探査プロトコルを構築するうえで重要な新しい着眼点も得ることができた。
また、代表的なFe-Mn層構造を示す試料について、径1mmのマイクロドリルを用いて試料から分析用粉末をサンプリングする方法を採用してRe-Os同位体分析を行なった。また、得られたOs同位体比変動と海洋のOs同位体比経年変化曲線を対比し、マルコフ連鎖モンテカルロ法ベイス推定を用いた信頼性の高い年代決定を行なった。その結果、分析した中で最も古い試料は、約34 Maに成長を開始したことが判明した。また、どの試料にも、20 Ma前後に長期間の成長ハイエイタス（時間間隙）が認められた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
今年度は先ず、既存の全試料のCTスキャンの結果の解析を行なった。特に、調査範囲が広く採取試料数が非常に多いYK16-01およびYK17-11C航海（YK16&17データ）の解析を重点的に行い、その結果にもとづいて化学分析の対象試料を選定した。それら選定試料によって南鳥島EEZ内の反射強度特性とそれが示す地質学的特徴のバリエーションと、Fe-Mn酸化物層構造のバリエーションを概ね網羅することができた。そのため、残りのYK10-05およびYK18-08航海で採取された試料は、解析対象であることに変わりはないが、YK16&17データにおいて不足する海域など限定的・補足的に対象試料を選定し、効率化を図ることとした。一方、研究計画当初は想定していなかったが、YK19-05S航海で採取された非常に厚い層厚のマンガンクラスト試料も本研究の対象に加えた。YK16-01およびYK17-11C航海試料のCTスキャン結果を踏まえると、このマンガンクラスト試料は南鳥島EEZのFe-Mn酸化物層のリファレンスとなりうるものであることが判明したためである。
マイクロXRFを用いたマッピング分析は、YK10-01およびYK16-01航海の全ての対象試料の分析を完了し、YK17-11CおよびYK19-05S航海の一部試料について分析を行なった。さらにマッピング分析の結果を踏まえ、マップデータの独立成分分析・詳細化学分析・顕微鏡観察にも順次着手し解析を進めている。詳細化学分析については、全ての化学データと成長過程を解釈するために重要な形成年代を求めるための、Re-Os同位体分析を優先させた。
以上のように、本研究課題で行う全ての項目につき、概ね当初の予定どおりに進行中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、YK17-11C、YK18-08、およびYK19-05S航海で採取された試料のマイクロXRFを継続して実施する。今年度に千葉工業大学に導入した最新型のマイクロXRF装置（HORIBA社製XGT-9000）は、我々が京都大学において予察的な分析に使用していたものの後継機であり、分析精度の向上が計られ分析時間も短縮された。実際に分析を進めると、計画当初に想定していたよりも更に短い時間で、解析に十分な精度のマップデータが得られることが分かった。そのため、マイクロXRF分析は計画よりも完了を前倒しできる見込みである。
マップデータの独立成分分析・詳細化学分析・顕微鏡観察などの分析・解析は、今年度同様に、マッピング分析が終了した試料から随時進める予定である。今年度の研究によって明らかになった上記(2)広大なノジュールフィールド全体において同様の層構造パターンを形成することを踏まえると、各分析・観察を行うべき『代表的な試料』を当初の想定よりも少ない試料数で代表させることで、効率的に研究を進めることが可能である。そのため、特に詳細化学分析については、各代表サンプルについての分析の『高空間分解能化』へと方針の転換を図ることとした。マイクロドリルを用いた同位体分析用粉末のサンプリングや、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析計（LA-ICP-MS）用いた元素濃度定量分析を駆使することで、計画当初よりも１桁高い空間分解能での分析が実現できる。これらの分析手法を採用することにより、Fe-Mn酸化物の起源となった水塊の時空間変遷、つまり、レアメタル濃集層がいつどの様な組成の海水から形成される（された）のか（環境・時代因子）が、より詳細に明らかになることが期待される。
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