鉱床成因における微生物―硫化鉱物―水反応プロセスの地球化学的解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Creation of the BIOre-concept
• Project/Area Number: 23H03814
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 淵田 茂司 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (50762126)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大竹 翼 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80544105) ; 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)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: ガルバニック腐食反応 / 溶解速度試験

Outline of Annual Research Achievements

海底熱水鉱石中の硫化鉱物分解メカニズムを調べるために，過去に採取した海底熱水鉱石を用いた海水反応実験を行った。溶出成分および生成する二次沈殿成分を前処理後にICP-OESおよびイオンクロマトグラフィーで分析し，各鉱物の溶出速度を決定した。そのうち，閃亜鉛鉱(ZnS)の溶解反応速度定数は鉱石中の黄鉄鉱の量によって変化し，最大2桁程度大きくなることが分かった。海水と反応させた後の鉱石試料をX線吸収微細構造(XAFS)により分析したところ，反応前後で特徴的なZn成分の化学組成変化や結晶構造変化は確認されなかった。次いで，鉱石標本試料(ZnS, FeS2)を準備し，模擬鉱石を作成して海水との反応実験を行った。その結果，FeS2を添加した反応系でZnSの溶解速度が大きくなることが分かった。この結果は，実際の鉱石を用いた試験と調和的であった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は鉱床の成因に関連する硫化鉱物の反応プロセスを調べるものであり，溶解に関する知見を徐々に集約できている。現在は非生物系での反応のみ取り扱っているが，今後微生物を用いた試験が必要となる。

Strategy for Future Research Activity

これまでの試験では，ガルバニック腐食反応によって鉱石中の硫化鉱物の溶解速度が変化することが明らかとなった。今後，この反応系において具体的に硫黄酸化細菌を添加して，微生物の有無によりガルバニック腐食反応や鉱物の溶解速度がどのように変化するか確認する予定である。また，鉱床の成因で重要な硫化鉱物の沈殿生成についても検討を始める。特に，微生物由来のフランボイダル状の黄鉄鉱の生成と硫黄同位体分別作用について調査する必要がある。具体的には初生鉱物となるFeSを様々な条件で反応させ，黄鉄鉱の生成速度が最大となる物理化学条件，または生物反応条件を検討する。