【研究領域課題番号】18K03773 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホウ素 / 同位体希釈分析 / ICP質量分析計 / ブランク / 火成岩 / 沈み込み流体 / 火山岩 / 沈み込み帯 / ICPMS / 火山 / 分析法

【研究成果の概要】

沈み込み地域の火成活動の理解には，沈み込むスラブからの流体の量を定量的に知ることが重要であるが，その指標として，ホウ素の濃度が有効である．今世紀に入って即発ガンマ線放射化分析での研究が多くなったが，原発事故の後，原子炉による分析が行えなくなった．本研究では，既存の実験設備をホウ素分析に適した環境に改善し，ホウ素を正確に定量することに成功した．開発した方法を，九州やチリの沈み込み地域での火成活動の研究に適用した．

【研究の社会的意義】

本研究は火山岩中のホウ素を，正確に比較的簡単な方法で分析する手法を開発した．開発した分析方法は，地球化学の国際学術誌にオープンアクセス文献として公開された．原発事故により放射化分析が難しくなり停止状態であった，ホウ素地球化学の分析研究が再開されるきっかけになることが期待できる．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】地球宇宙化学

【研究領域課題番号】15H02630 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

島弧火成作用 / プレート境界沈み込み / マグマ生成過程 / 鞍部チリ弧 / 南部チリ弧 / 線状変質帯（破砕帯） / 第四紀火山 / 親水性元素 / 流体の付加 / マグマ成因 / チリ弧 / 南部火山地帯 / 沈み込み帯 / 線状変質帯 / アンチモン / 地殻・マントル物質 / 地球化学 / 火山 / 地質学 / テクトニクス / 脱水融解作用 / マグマ成因論 / 断裂帯 / 地殻・マントル化学 / マグマ・火成岩 / 同位体・放射年代 / 物質循環 / 脱水作用 / トランスフォーム断層

【研究成果の概要】

比較的若い形成年代を持つナスカプレートが沈み込んでいる南部チリ弧では海洋地形から破砕帯（線状変質帯）が沈み込んでいる地域を明瞭に把握できる．本研究により，この破砕帯が沈み込む直上に位置する第四紀島弧火山を構成する火山岩類はそれ以外の周囲の火山に比べ，非常に高い親水性元素（例えば，Cs, Rb, Ba, K, Pb, Sr, Sbなど）の濃集が認められた．このことから，破砕帯が沈み込んでいる直上に位置する火山においては，通常の島弧火成作用よりも流体の付加が大きくなり，マントルウェッジの部分融解量が増大し火成活動が活発化していることが明らかになった．

【研究の社会的意義】

今回，南部チリ弧に分布する島弧火山帯において，沈み込む海洋プレートに発達する断裂帯直上の第四紀火山の島弧火成活動は通常の地域の火山に比べ流体の付加が増大し，活発化していることが明らかになった．南部チリ弧では比較的若い海洋プレートが沈み込んでいるため，海底地形から破砕帯の位置は明瞭に把握できるが，古い海洋プレートが沈み込んでいる東北日本弧や伊豆―小笠原弧ではその上に厚い堆積物が覆っているためその位置は明確でない．しかし，今回得られた地球化学的解析法を駆使すれば，環太平洋火山地帯全域の第四紀火山において，どの火山が今後活発化するか推定できうる重要な基礎データになる可能性がある．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】38,610千円 (直接経費: 29,700千円、間接経費: 8,910千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】15H03715 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

日本海溝 / 太平洋プレート / 海洋地殻 / 流体循環 / 地殻熱流量 / 電磁気探査 / 沈み込み帯 / 温度構造 / 南海トラフ / 熱流量 / 電気伝導度 / 浸透率 / 火山 / テクトニクス / 間隙流体 / 地震 / 断層 / 比抵抗 / アウターライズ

【研究成果の概要】

日本海溝海側の太平洋プレート上において、地殻熱流量が3～5 kmのスケールで顕著な増減を繰り返すことを明らかにした。この短波長変動は、海溝近傍でのプレートの曲がりによる海洋地殻の破砕、それに伴う流体循環の発達が、不均質に進行することを示すものと考えられる。また、同じく日本海溝海側での海底電磁気探査データから比抵抗構造を求めることにより、太平洋プレートの上部における水の存在、その海溝へ向かっての変化に関する情報を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】24340134 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

沈み込み帯 / 水流体 / マグマ / 海水 / 塩水 / 二酸化炭素 / 元素分配 / 高温高圧実験 / スラブ / マントルウェッジ / 流体包有物 / 放射光蛍光X線 / 塩濃度 / 水 / 分配係数 / 火山 / 温泉 / 蛇紋石 / マントル捕獲岩 / マントル交代作用 / 超臨界流体 / 堆積岩

【研究成果の概要】

1) 東北日本弧一ノ目潟火山のレルゾライト捕獲岩には、炭酸塩鉱物と塩水からなる流体包有物が存在し、塩水は3.7±0.8%の塩濃度を持つ。2) マグマと水流体の間の微量成分元素分配のその場観察実験を行った。火山弧の下で海洋プレートからマントルウェッジに加わる超臨界流体は塩素を含み、上昇過程で塩水とメルトに分離することで島弧玄武岩の化学的特徴を説明する仮説を提案した。3) マントルウェッジに塩水をどう運ぶかに制約条件を与えるために、スラブを構成する高圧変成岩中の流体包有物を研究対象とした。特に、蛇紋岩メランジュに含まれるヒスイ輝石岩に注目し、複数の変成帯の岩石中に塩水を含む流体包有物を発見した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】18740268 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震波速度構造 / トモグラフィ / 上昇流 / 異方性構造 / マントル上昇流 / スラブ / 火山 / 地震波トモグラフィー / 沈み込み帯 / マントル

【研究成果の概要】

地震波速度トモグラフィ法により、日本列島下の地震波速度構造を推定した。その結果、太平洋プレートの沈み込みによって生じた上昇流であると解釈される低速度領域が上部マントルにイメージングされた。一方、上昇流の流れの方向を反映している異方性構造を推定した結果、異方性の向きは太平洋プレートの沈み込み方向にほぼ平行であることが明らかになった。これらの結果は、海洋性プレートの沈み込みによってマントル対流が生じていることを示す重要な地震学的観測事実である。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】2,050千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 150千円)

【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】06740411 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

沈み込み帯 / 火山 / マントル対流 / 熱源 / 熱流量 / プリューム

【研究成果の概要】

何故冷たいプレートの沈み込む場所でマグマが生成されるかという問題については古くから様々な観点から制約が提出されてきた。過去の研究の結果、沈み込み帯の熱的構造に関しては(1)火山フロントから背弧にかけて比較的一様におよそ0.1W/m^2の高熱流量が観測されること、(2)火山は海溝に比較的近い所(数百km以内)に分布し、マグマはおよそ1300℃の温度条件で生成された可能性が高いこと、(3)(1)と(2)は背弧側からの比較的高温のマントル物質がコーナーフローとして沈み込み帯に供給されるというモデルで整合的に説明できること、などが明かとなった。しかし火成活動をもたらす背弧に存在する高温物質・熱流量の由来、つまりより広範囲におけるマントルの対流パターンと熱収支については未知の部分が多い。本研究では単純な上部マントルにおける2次元対流セルの定常状態から検討を始めた。対流セルが下部からの熱の供給を受けるときはhot-plumeが形成され地表には局所的な高熱流量地域が背弧側に生みだされる。スラブによる冷却によって対流セル内は温度が上昇しにくく、1300℃を再現するために底部に高温熱源や大きな熱の流入を過程すると背弧側に顕著なhot-plumeが形成されてしまい観測と合わない。一方、内部発熱が卓越する場合にはhot-plumeは生成されず上昇流は広い領域で緩やかに起こり、一様な熱流量が実現する。この場合にも熱源に関しては問題が残り、1300℃の高温をセルの内部に生みだすには通常のマントルよりも1〜2桁高い発熱量が要求される。1つの可能性としてスラブから放出されたU,Thがセルの中に停留し(i.e.高濃度)熱源となっているという過程が考えられる。このモデルの実現性は火山岩の組成と対流の計算から要求される発熱量とを突き合わせて現在検討中である。非定常状態やより大きなセルについても検討をおこないつつある。本研究によって、沈み込み帯の火成作用の熱源に関して何が問題なのか、またその問題を解くにはどのような研究が必要かが明かになりつつある。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1994

【配分額】1,200千円 (直接経費: 1,200千円)