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2023 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 苗村 康輔  岩手大学, 教育学部, 准教授 (50725299)
鍵 裕之  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70233666)
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 / ハロゲン
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、数~数十ミクロンサイズ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希ガス同位体とハロゲンを、超高感度希ガス質量分析技術により定量する。その結果を顕微分光分析により得られる窒素・水・炭酸塩の含有量や包有物の残留圧力と組み合わせて解析することで、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地球化学的見地から解明することを目的としている。
本年度は、海外の共同研究者を通してカザフスタンのマイクロダイヤモンドを入手し、昨年度導入した真空対応の顕微赤外分光装置を用いて、その内部の窒素、水、炭酸塩あるいは二酸化炭素の定量を試みた。窒素に由来する吸収は明瞭に観測できたが、炭酸塩や水の吸収は見られなかった。これはマイクロダイヤモンド試料が数ミクロン程度と小さいため、それに内包される流体包有物はさらに小さく、赤外光の十分な吸収が得られないためと考えられた。そこでより大きなダイヤモンドを含む試料の提供を共同研究者に依頼したが、その試料が手元に届いたのは年度末に近かったため、それを用いた研究は進展しなかった。また今年度は、昨年不足の故障により改修作業が実施できなかった顕微ラマン分光装置について、分光器の更新により感度・精度の高い分光測定を可能にした。
さらに昨年度までに中性子照射していた、ロシア産ダイヤモンドについて、中性子照射でハロゲンから生じた希ガス同位体を定量することによるハロゲン分析を実施した。その結果、これらのダイヤモンドにはマントル由来のハロゲンが含まれており、大陸下マントルでの形成を支持する希ガス同位体比と整合的であることが分かった。

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

マイクロダイヤモンドの試料は予定通りに入手できたものの、当初の想定より小さかったため十分な分光分析ができず、よりサイズの大きな試料の入手に時間がかかった分だけ研究の進捗が滞った。それ以外の、顕微ラマン分光分析や希ガス同位体を介したハロゲン分析といった、分析手法の検討は順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

年度末近くに新たに入手した、サイズのやや大きなマイクロダイヤモンド試料について顕微赤外分光分析と顕微ラマン分光分析を進め、内部に含まれる水や二酸化炭素などを定量する。その上で局所レーザー加熱装置を用いて真空中で試料を加熱し、希ガスを抽出して同位体比分析することで、水・二酸化炭素・希ガスといった異なる揮発性成分から得られる情報を組み合わせ、マイクロダイヤモンドの起源を探る。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Two metasomatic events recorded by noble gas characteristics in the Finero mantle wedge: Extreme fractionation (He, Ar) and seawater penetration into the mantle deformation zone2024

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Nanae、Sumino Hirochika、Kobayashi Masahiro、Kagi Hiroyuki
    • 雑誌名

      Chemical Geology

      巻: 644 ページ: 121829~121829

    • DOI

      10.1016/j.chemgeo.2023.121829

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of nitrogen solubility in bridgmanite and evolution of nitrogen storage capacity in the lower mantle2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuyama Ko、Kagi Hiroyuki、Inoue Toru、Kakizawa Sho、Shinmei Toru、Sano Yuji、Deligny C?cile、F?ri Evelyn
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: 3537

    • DOI

      10.1038/s41598-023-30556-5

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Volatile recycling in the mantle traced by halogens and noble gases in mantle peridotites and serpentinites2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H.
    • 学会等名
      Water-Rock Interaction WRI-17/ Applied Isotope Geochemistry AIG-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Noble gas isotope and halogen analyses of Cr-spinels within beach sand from Gorgona Island to constrain the origin of volatiles in the youngest komatiite magmatism on the Earth2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Shimizu K. and Komiya T.
    • 学会等名
      33rd Annual V.M. Goldschmidt Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Noble gas and halogen characteristics of subcontinental lithospheric mantle beneath southwestern North America and northwestern Africa2023

    • 著者名/発表者名
      Sumino H., Fukagawa M., Fukushima N., Ren J. and Dygert N.
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2023
  • [学会発表] 中性子照射と希ガス質量分析を用いた地質標準試料中の微量ハロゲンの定量2023

    • 著者名/発表者名
      角野浩史, 小林真大, 長尾敬介
    • 学会等名
      第71回質量分析総合討論会

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公開日: 2024-12-25  

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