2023年 | プレスリリース・研究成果
沈み込む海洋地殻の水の保持能力と その変化の一端を解明 〜沈み込み帯の成熟が地球深部への水の輸送を促進〜
【本学研究者情報】
〇東北アジア研究センター 教授・辻森樹
研究室ウェブサイト
【発表のポイント】
- 沈み込む海洋地殻の水の保持能力は沈み込み帯の成熟（時間の経過）とともに向上することがわかりました。
- 成熟した沈み込み帯においてはローソン石（注1）が水の貯蔵庫として働き、水を地球深部へ輸送し、新しい沈み込み帯では、ローソン石の寄与はこれまで考えられていたほど大きいものではないことがわかりました。
- 地球深部への水輸送の理解は、日本列島のような沈み込み帯での地震活動や火山活動の理解につながると期待されます。
【概要】
海洋プレートの沈み込み帯では、水を保持した海洋プレートの脱水反応が引き金となって、地震活動や火山活動が誘発されます。沈み込み帯深部において約11.5重量%と含水量の高い（ローソン石（注1）を含む変成海洋地殻「ローソン石エクロジャイト（注2）」の形成は、沈み込みが帯における水や微量元素の循環及び地球深部への物質輸送において重要な役割を果たすと考えられています。 一方で、世界の造山帯（注3）においてローソン石エクロジャイトはあまり存在せず、沈み込む海洋地殻の実像やローソン石エクロジャイトの普遍性については多くの議論がなされてきました。 今回、東北大学東北アジア研究センター（兼務 理学研究科地学専攻）の辻森 樹教授とイリノイ大学シカゴ校地球環境科学科のデイビッド・エルナンデス＝ウリベ博士の国際研究チームが行った最新の研究により、海洋プレートの沈み込み過程におけるローソン石エクロジャイトの存在条件と、沈み込み帯の成熟に伴う水の保持能力の変化が明らかになりました。 本成果は、2023年7月1日、米国地質学会の専門誌Geologyの電子版にオープンアクセス論文として掲載されました。
図1. (a) 海洋地殻（海嶺玄武岩の化学組成）が沈み込み帯でローソン石エクロジャイトに再結晶する条件及び、沈み込み帯の成熟度（沈み込み開始からの時間の経過）毎の沈み込む海洋地殻上面の温度構造（赤波線）を示した圧力−温度図。ローソン石エクロジャイトが存在できる圧力温度領域のカラーグラデーションと等量線は岩石中のローソン石の割合、つまり水の保持能力を示している。(b) 中米グアテマラ産のローソン石エクロジャイトの写真。 (c) 沈み込み開始から1,190万年経過時と4,960万年経過時の沈み込む海洋地殻を構成する鉱物の割合及び、岩石に保持された水の量の変化。
【用語解説】
注1．カルシウムとアルミニウムに富む含水珪酸塩鉱物（化学組成はCaAl2Si2O7(OH)2・H2O）で、沈み込み帯の変成スラブ中で深さ300 km程度まで安定に存在できる。その高い含水量（約11.5重量％）から、マントル深部への水及びストロンチウムや鉛、軽希土類元素の重要なキャリアと考えられている。
注2.海洋地殻など玄武岩質の岩石が沈み込み帯深部などの約60〜70 km以深で再結晶（変成）することで形成する変成岩「エクロジャイト」のうち、ローソン石を含むもの。地球史を通し、造山帯の地質記録としてローソン石エクロジャイトの産出はまれで、ローソン石を分解せずに保持した完全なローソン石エクロジャイトの産地としてはグアテマラやトルコのものが有名。現在の東北日本直下の太平洋プレートの海洋地殻はローソン石エクロジャイトに再結晶していると考えられている。
注3.プレートの運動などに伴って大山脈や弧状列島などができる運動を造山運動と呼ぶ。造山運動が生じている地帯や過去の生じた地帯を造山帯と呼ぶ。
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学東北アジア研究センター 教授 辻森 樹
E-mail: tatsukix*tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学東北アジア研究センター 事務室
TEL: 022-795-6009
E-mail: asiajimu*grp.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）