2020年 | プレスリリース・研究成果
沈み込み帯における多成分流体の性質を解明 ―沈み込み帯の流体分布の解明に期待―
【発表のポイント】
- 沈み込んだプレートから放出される水・二酸化炭素・塩の多成分からなる熱水は、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。
- 地震波トモグラフィ（注2）データに基づいて、沈み込み帯のマグマと熱水を区別してマッピングできる可能性を指摘。
【概要】
沈み込んだプレートから放出される流体には二酸化炭素成分が少量含まれているため、その流体挙動への影響を評価する上で、鉱物への濡れ性の化学組成依存性を明らかにすることが課題となっていました。東北大学大学院理学研究科地学専攻の中村美千彦教授らの研究チームは、二酸化炭素と塩を含む水を主成分とした多成分超臨界流体（注3）の鉱物粒間への浸透性の研究を行い、沈み込み帯における多成分流体の輸送モデルを提案しました。これまで、流体中に二酸化炭素が含まれると、流体は鉱物表面を濡らしにくく、鉱物粒間を浸透して移動できないと考えられていましたが、実験の結果、鉱物の炭酸塩化反応と塩分の影響で、流体が鉱物表面を濡らしやすくなることが明らかになりました。このような流体の性質の理解は、地震波や電磁気の観測に基づいた沈み込み帯の流体分布やマグマ発生原因の解明にも役立ちます。
本研究の成果は、2020年10月5日Earth and Planetary Science Letters誌電子版に掲載されました。
【参考図】
図1 本研究で提案された沈み込み帯の多成分流体の循環モデル。沈み込んだプレートから放出される塩分と二酸化炭素成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）の地下では、流体が粒間を浸透可能な領域が、流体成分が含水鉱物（蛇紋石）をつくって岩石に固定される領域と、マントルを溶融させてマグマに溶け込む領域の間に、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、沈み込むプレート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
島弧－海溝間の地殻―マントル境界。
（注2） 地震波トモグラフィ
多数の地震波の到達時間から、地球内部を構成する物質の種類や状態を調べる方法。
（注3） 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）