熊谷 英憲

南鳥島周辺海域においてプチスポット火山の調査として、YK19-05S航海を実施し、マルチビーム音響測深機とサブボトムプロファイラーを搭載した有人潜水調査船「しんかい6500」によるワンマンパイロット潜航を実施した。その結果、音響探査によって調査域全体の露頭マッピングを行い、その後に各露頭をロスなく巡ることで効率的な調査を実践し、ワンマンパイロットによる6kの新たな活用方法の有効性を示すとともに、高分解能の音響探査データから、複数のプチスポット火山露頭の全貌が明らかとなった。

<p> 深海熱水噴出孔では海底面から熱水が噴出し、周囲の海水によって冷却されることで鉱物が沈殿し鉱体が形成される。我々はこの鉱体の主要成分である硫化鉱物が導電性を持つことを明らかにしている。鉱床下に存在し、海底に湧出する熱水は還元的な化合物(硫化水素、水素、メタン)に富み、海底面から浸透し鉱床近傍で接する海水は酸化的な化合物(酸素、硝酸、硫酸)を含む。我々は、熱水中の還元剤の持つ電子が硫化鉱物を介して海水中の酸化剤に受け渡される放電現象の存在を提唱し、実際にこの現象が深海熱水噴出域の海底の広域で起きていることを現場電気化学計測によって明らかにした。また、この放電現象を人為的に制御することで発電技術として利用可能であることも明らかにしている。本発表では、上記について説明するとともに、今後の深海底発電技術の開発、およびその模擬として行っている陸上温泉での発電試験の結果についても紹介する。</p>

<p>2016年11月16日～12月15日にかけて、SIP「海のジパング計画」の一環として沖縄トラフの伊是名海穴HAKUREIサイトにおいて、地球深部探査船「ちきゅう」を用いて海底熱水域を掘削した。掘削は、HAKUREIサイトの北部マウンドの頂上から、東側に約500 mの測線上において5本、またリファレンスサイトとしてマウンドから北西500 mほど離れた地点において1本を掘削した。採取したコアから、船上でヘッドスペースガス測定用および間隙水抽出用の試料を採取した。試料から抽出した間隙水について、船上でpH、アルカリ度、栄養塩および硫化水素濃度を、陸上で主成分および微量元素濃度、並びにホウ素同位体比を測定した。また、ガス測定用の試料については、船上で炭化水素および水素濃度を、陸上においてメタンの炭素同位体比を測定した。</p>

<p>蔵王火山は東北地方の代表的な成層火山の１つで、約100万年前から活動を開始し、現在まで活動を維持している。2013年からの火山性微動や山頂部のわずかな隆起など、活発になっている火山活動の監視の観点からも、現状をモニタリングできる湖水、湧水などの希ガスデータが必要である。今回、蔵王周辺の湖水・温泉水について、希ガスの同位体比と元素存在度を測定し、He-Ne同位体比を用いて、温泉水などへのマグマからの寄与の判定を行った。測定の結果、He-Ne同位体比に関しては、同位体比は大気に近い値が得られたが、混合曲線を描いて検討した結果、大気中の希ガス同位体比に比較して、わずかにマントル起源のガスの混入が示唆された。</p>

2014年7月9～26日の18日間、戦略的イノベーション創造プログラム「次世代海洋資源調査技術」における「海洋資源の成因に関する科学的研究」の一環として、沖縄トラフ伊平屋北海丘における科学掘削調査 (CK14-04航海) が実施された。同海域のC9015B、C9015C及びC9016Bの各サイトにおいて採取されたコア試料から反射顕微鏡での観察とEPMAを用いて分析を行った。<BR> コア試料から硫化鉱物として、閃亜鉛鉱、黄鉄鉱、黄銅鉱、方鉛鉱が確認された。10 mbsf附近では粘土鉱物の同定結果から酸性変質粘土が見られることがわかっている。硫化鉱物（特に黄鉄鉱）はこの変質帯の12 mbsf附近で非常によく見られるため、酸性変質粘土帯に近接している硫化鉱物は酸性変質とかかわりがあることが示唆された。また40 mbsf付近で珪化が見られるとともに、それより下部で閃亜鉛鉱、黄銅鉱などの硫化鉱物の量が増えているため、珪化が硫化鉱物の生成にかかわっていると考えられる。

近年，海底熱水噴出孔の周辺に溜まった硫化鉱物が，Cu, Pb, Znなどのベースメタルや，In, Ga, Geなどのレアメタル，さらにはAu, Agなどの貴金属の資源としても注目されるようになっている (Schrope, 2007)．このような地球化学的，生物学的，さらには鉱床学的な興味から，海底熱水噴出孔の研究はますますその重要性を増している．一方で，水深1km以上の深海底に存在する熱水噴出孔という名の小さなスポットを探し出すことは，現在の最先端技術をもってしても容易ではなく，海底熱水系の研究を進展されるためにより効率的な熱水探査手法が常に求められている (Nakamura et al., 2013)．本研究では，近年その利用が拡大しているマルチビーム音響測深機によるウォーターカラムの観測 (Colbo et al., 2014) を用いて，中部沖縄トラフにおいて海底熱水噴出孔のマッピングを行った．

地球最古の岩石として知られるカナダ・アカスタ地域（～40.3 億年)およびラブラドル地域(～39.6億年）に産する花崗岩質片麻岩からジルコンを分離し、段階加熱による40Ar/39Ar年代分析およびジルコン中に含まれる包有物の相同定を行った。中性子未照射ジルコンの段階加熱では、40Arは1000-1100?Cを越えた領域で多量に放出され、中性子照射後の40Ar/39Ar測定の結果、ラブラドルのジルコンから43.9 ± 3.4億年、アカスタのジルコンから21.4 ± 1.7億年という値が得られた。一般に、ジルコン結晶中にKは含まれないため、これら放射起源Arの放出はジルコン中の含カリウム包有物の寄与が考えられる。ジルコン50粒子（非段階加熱）を顕微ラマンおよびSEM-EDSを用いて包有物分析をおこなった結果、カリ長石・白雲母などの他に、顕微鏡観察からは流体やメルト包有物とみられる相も確認された。本発表では、これらジルコンから得られた年代学的・鉱物学的・地質学的な意義について議論する。

海底熱水活動はその発見以来、広く科学研究の関心を集めてきただけでなく、近年は、熱水噴出孔周辺の硫化鉱物が金属資源として注目されるようになってきた。現在、少なくとも３タイプの調査研究が行われている：1)鉱物資源調査、2)大陸棚調査、3)学術研究調査。本講演では、これら３種の調査・研究を中心に、沖縄トラフにおける海底熱水研究の現状を概観する。

海洋研究開発機構海底資源研究開発センターでは、現代的成因論に基づく海底熱水鉱床の効率的な調査法構築に向け、海底熱水に含まれる溶存希ガスの測定が出来るよう、硫黄化合物や塩素などを取り除いて測定出来る前処理装置の製作を試みた。これは、海水中を移流拡散していく熱水プルームの追跡に、溶存した希ガスを用いるというアイディアに基づく。今回パイロットデータとして、2011年11月に上山温泉源泉から採取した、硫黄を含む温泉水と塩素を含む水道水などを、1984年に上山温泉源泉から採取作成された上山ガスSTDおよび、ヘリウムSTD（HESJ）と共に測定したので報告する。

極東南部地域に位置するシホテアリン地域には、ジュラ紀～白亜紀前期、白亜紀前期～白亜紀後期の付加体が南北に帯状に分布している。付加体を形成するオフィオライトには、形成後にそれらを貫くように噴出したとされるコマチアイトに似た組成を持つメイメチャイトという火山岩が分布し、日本海拡大以前に日本とシホテアリンは隣接していたと考えられる。メイメチャイトと呼ばれる火山岩は、一般的な高MgOピクライト玄武岩よりさらに高いMgOを含むが、アルカリ元素は少ないためアルカリ岩ではなく、太古代のコマチアイトによく似た組成を持っている。また、メイメチャイトの起源を明らかにする上で、沈み込み帯との関連が示唆されるコマチアイトの起源については同位体組成が、マグマ活動期を知る上ではその噴出年代が重要と考えられている。今回、シホテアリン、嶺岡、瀬戸川各地域で産出するメイメチャイトについてこれらを報告する。

地球表層に存在する揮発性元素は火山活動などによる固体地球内部からの長期間に及ぶ脱ガスによって蓄積したことが分かっている。地球史を通じた脱ガスの様式については主として希ガスの同位体をトレーサーとして研究がなされてきており、地球初期にカタストロフィックな脱ガスがあったものと考えられている。本研究では、いまだに観測データが十分でない硫黄などの代表的な揮発性元素のマントルからのフラックスを見積もるために、海嶺玄武岩を砕いてトラップされている揮発性元素を測定する実験を行った。測定の結果から、硫黄、フッ素、臭素のフラックスはそれぞれ1×10<sup>8</sup>mol/a, 5×10<sup>8</sup>mol/a, 3×10<sup>9</sup>mol/a と見積もられた。これらのフラックスで地球表層の存在度を満たすのに必要な時間は、硫黄、フッ素、臭素についてそれぞれ3×10<sup>11</sup>年, 2×10<sup>8</sup>年, 4×10<sup>8</sup>年である。フッ素と臭素の結果はこれらの元素の固体地球内部への大きなリサイクル過程の存在を示唆している。

3.11の巨大地震の後、福島第一原発の事故により放射性希ガス放出が予想された。そこで、放射性希ガスを四重極質量分析計で測定し、希ガス存在度の変化の検証を試みた。Ar-41, Ar-39, Kr-85, Xe-133などの希ガスが安定な希ガス同位体に対して１０倍以上に増加したことが地震後の測定で明らかになりつつある。地震による安定な希ガス同位体の放出を差し引いて、放射性希ガス存在度の変化について報告する。

極東南部地域に位置するシホテアリン山脈は、ジュラ紀から白亜紀前期にかけて、白亜紀前期から白亜紀後期にかけての付加体が東西に帯状に分布しており、付加体を形成するオフィオライトの中には、付加体の形成後にそれらを貫くように噴出し、コマチアイトに似た組成を持つメイメチャイトという火山岩が分布している。また、日本の瀬戸川帯、嶺岡帯にも同様に白亜紀から新生代の付加帯が分布し、日本海拡大以前、両地域は隣接していたと考えられる。このメイメチャイトと呼ばれる火山岩は、ピクライト玄武岩のなかでさらに高いMgOを主要元素に含みアルカリ元素は少ないが、太古代のコマチアイトによく似た元素組成を持っている。このメイメチャイトと沈み込み帯との関連を考える上で、同位体測定が重要であり、マグマ活動期を知る上でその年代も重要であるため、そのパイロットデータについて報告する。

中央海嶺での拡大様式や海嶺の構造は、拡大速度とメルト供給のバランスで決まっており、メルト供給量はマントルソースの温度や組成を反映していると考えられる。従って、拡大速度がほぼ等しい中央海嶺での拡大様式・海嶺の構造は、マントルソースの温度・組成条件の違いの結果であると推測される。このことを検証する目的で南西インド洋海嶺の東経34°から40°の海域で岩石採取を行った。採取された玄武岩の微量元素組成に基づくと、近接するセグメントの間や同一セグメント内でも異なる岩石組成が得られた。このことは、マントルソースの組成や温度について非常に小さいスケールでの不均質さを予想させる。このような変化が拡大方向にも拡張されると、オフリッジに異なる組成の岩石が分布し、熱水の通過する流域では中央海嶺とは異なる岩石との反応が生じている可能性も考慮する必要がある。