2020年 | プレスリリース?研究成果
島弧下の新しい水循環モデルを発表
【発表のポイント】
- 沈み込んだプレートから放出される塩分を含んだ熱水は、マントルの鉱物粒間に浸み込んで移動しやすいことを高温高圧実験により実証。
- このような熱水がマントル中を浸透?上昇して、前弧モホ面（注1）近くの高電気伝導度帯を形成。
- 沈み込み帯における水収支問題（「失われた流体」）の解明に寄与。
【概要】
東北大学大学院理学研究科地学専攻の博士課程学生?黄永勝（Huang Yongsheng）、中谷貴之研究員（現：産業技術総合研究所研究員）、中村美千彦教授らの研究チームは、ドイツ?バイロイト大学バヴァリアン実験地球化学?地球物理学研究所との共同研究で、沈み込んだプレート上面から島弧地殻下に至る超臨界流体（注2）の輸送に関する新しいモデル（図1）を発表しました。
日本のような沈み込み帯では、水を主成分とする超臨界流体が楔形マントルに供給され、火山活動や地震活動を引き起こしていると考えられています。しかし、この流体の移動経路やそのメカニズムには諸説があり、未だに確立されていません。
今回、研究チームは、沈み込んだプレートから放出される流体が塩分を含むことに着目し、塩分を含む流体が楔形マントルの幅広い温度?圧力?塩濃度条件において、主要構成鉱物であるカンラン石の表面を良く濡らして粒間に浸透することを高温高圧実験によって明らかにしました。楔形マントルの海溝近くでは、温度が相対的に低く、結晶構造内に水酸基を含む含水鉱物が安定に存在し得るため、このような流体はマントルと反応して含水鉱物として固定されます。一方、温度の高い島弧の地下では、マントルを溶融させてマグマを発生し、流体はマグマに吸収されると考えられます。これらの間の領域（島弧前弧下）では、流体はマントル構成する岩石の粒間を浸透し上昇できると考えられます。このような塩分を含んだ流体の性質は、日本をはじめとする島弧前弧域のモホ面付近で見つかっている高電気伝導度帯の形成メカニズムを説明できるとともに、沈み込んだプレートからの供給量よりも、火山活動などによる放出量の方が少ないという「失われた流体」問題の解明に寄与するものです。
本研究の成果は、2019年12月5日Nature Communications誌に掲載されました。
図1 本研究で提案された沈み込み帯の水循環モデル。沈み込んだプレート（スラブ）から放出される塩分を少量含んだ水を主成分とする超臨界流体は、地殻との間の"楔形マントル"のほぼ全域で岩石の粒間に浸透できる。前弧（島弧の海溝側）域の地下には、流体成分が、含水鉱物を形成して固定される海溝付近と、マントルを溶融させてマグマに溶け込む領域の間で、スラブから放出された流体が粒間を浸透して移動できる領域が、窓のように存在すると考えられる。このような流体の移動経路は、前弧のモホ面近傍に電気伝導度の高い領域が形成されることを説明できるとともに、スラブから供給された流体が何処に運ばれるのか、という問題の解決につながる。
【用語解説】
（注1）前弧モホ面
島弧－海溝間の地殻―マントル境界。
（注2）超臨界流体
高温高圧状態において液体の水と気体の水蒸気との区別がなくなっている状態。
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学大学院理学研究科地学専攻
教授 中村 美千彦（なかむら みちひこ）
電話：022-795-7762
E-mail：michihiko.nakamura.e8*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科広報?アウトリーチ支援室
電話：022-795-6708
E-mail：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）