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2022 年度 実績報告書

超高圧変成岩のダイヤモンドとクロムスピネルの揮発性成分で探る大陸地殻のリサイクル

研究課題

研究課題/領域番号 22H00171
研究機関東京大学

研究代表者

角野 浩史  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90332593)

研究分担者 鍵 裕之  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70233666)
苗村 康輔  岩手大学, 教育学部, 准教授 (50725299)
吉田 健太  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 副主任研究員 (80759910)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワードダイヤモンド / クロムスピネル / 大陸地殻 / 超高圧変成岩 / 希ガス同位体
研究実績の概要

本研究は、かつて地球深部のマントルに沈み込み、その後に地表へ再上昇(リサイクル)してきた大陸地殻物質である超高圧変成岩中の、マイクロダイヤモンドや超高圧クロムスピネルに含まれる極微量の揮発性成分(希ガス、ハロゲン、水・炭酸塩)の含有量や同位体比を手がかりに、マントル深部で捕獲された流体の起源を明らかにし、大陸地殻のマントル深部への沈み込みと、そのリサイクルを制御しているメカニズムを解明することを目的としている。これにより「なぜ、どのような条件で、マントルより低密度の大陸地殻が沈み込み、また地表に戻ってくるのか?」という謎を解き、大陸地殻の成長史と、マントル内の化学的不均質の進化史の理解を大きく進展させることを目指す。
本年度は、岩石試料の薄片の偏光顕微鏡観察による記載と、EPMA分析による主要鉱物の化学組成及び累帯構造から変成条件(温度・圧力)を推定した、チェコやスロヴェニアの超高圧変成岩から超高圧を経験したクロムスピネルを分離し、その内部の二酸化炭素や水の濃度を新たに導入した真空対応の顕微赤外分光装置を用いて定量することを試みた。その結果、クロム濃度が比較的高い本研究の試料においては、赤外光の透過率が非常に小さく、試料を数十ミクロンの薄さまで研磨しないと赤外スペクトルが得られないことが分かった。この薄さでは試料内部の、二酸化炭素や水のホストと考えられる流体包有物も研磨表面に露出し揮発性成分が失われてしまうため、本研究で対象とするクロムスピネルでは顕微赤外分光法による揮発性成分の非破壊分析は難しいことが分かった。
また一部の試料については、次年度以降のハロゲン(F、Cl、Br、I)分析のために、京都大学のKUR研究用原子炉にて中性子を照射した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

超高圧変成岩からのクロムスピネルの分離と、結果として難しいことが分かったが顕微赤外分光による揮発性成分の定量の検討は順調に進み、来年度の分析に備えた試料の中性子照射も予定通り実施できた。ただし当初想定していた顕微ラマン分光法の高度化の検討は、予期せず発生した顕微ラマン分光高度計の光学顕微鏡の透過光源部の不具合により予定通り実施できず、翌年度への繰越金が発生した。

今後の研究の推進方策

当初想定より遅れている顕微ラマン分光装置の感度向上を実施する。具体的には分光器の更新により信号のスループットを向上し、それによって天然試料中の流体包有物の観察や高圧下での含水鉱物のスペクトル測定を行う。得られた結果については、当初計画にある超高圧変成岩の分析結果と総合的に比較することで、より詳細な地球内部での揮発成分の挙動解析を行うことが可能となると期待される。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Noble gas isotopes reveal degassing-derived eruptions at Deception Island (Antarctica): implications for the current high levels of volcanic activity2022

    • 著者名/発表者名
      ?lvarez-Valero Antonio M.、Sumino Hirochika、Caracausi Antonio、S?nchez Antonio Polo、Burgess Ray、Geyer Adelina、Borrajo Javier、Rodr?guez Jos? A. Lozano、Albert Helena、Aulinas Meritxell、N??ez-Guerrero Elena
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 19557

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23991-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Large Amount of Excess Argon in Hydrothermal Quartz from the Vangtat Orogenic Gold Belt, Southern Laos: New In-Sight from K-Ar and Noble Gas Isotope Analyses2022

    • 著者名/発表者名
      Bounliyong Patthana、Sumino Hirochika、Arribas Antonio
    • 雑誌名

      Minerals

      巻: 12 ページ: 1205~1205

    • DOI

      10.3390/min12101205

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Noble gas variation during partial crustal melting and magma ascent processes2022

    • 著者名/発表者名
      ?lvarez-Valero A.M.、Sumino H.、Burgess R.、N??ez-Guerrero E.、Okumura S.、Borrajo J.、Rodr?guez J.A. Lozano
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 588 ページ: 120635~120635

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2021.120635

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-cratonic Diamonds from UHP Metamorphic Terranes, Ophiolites and Volcanic Sources2022

    • 著者名/発表者名
      Dobrzhinetskaya Larissa F.、O’Bannon Earl F.、Sumino Hirochika
    • 雑誌名

      Reviews in Mineralogy and Geochemistry

      巻: 88 ページ: 191~255

    • DOI

      10.2138/rmg.2022.88.04

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] コロンビア・ゴルゴナ島のビーチサンドから採取したクロムスピネルの希ガス同位体比とハロゲン組成2022

    • 著者名/発表者名
      角野浩史, 清水健二, 小宮剛
    • 学会等名
      2022年度日本地球化学会第69回年会
  • [学会発表] Noble gas isotope and halogen compositions of Cr-spinels within beach sand from Gorgona Island, Colombia2022

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Shimizu K. and Komiya T.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2022

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公開日: 2024-12-25  

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