沈み込んだ海水が火山を作る
静岡大学理学部地球科学科
川本竜彦
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生まれは焼津
焼津市ホームページ

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生まれは焼津
焼津市ホームページ

静大の居室から

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住民票所在地
1964 静岡県焼津市1972 高知県高知市
1982 京都市左京区
1992 東京都文京区
1994 合衆国アリゾナ州テンピ市
1997 ドイツ国バイエルン州バイロイト市
1997 大分県別府市
2003 フランス国パリ市１５区
2005 フランス国クレルモンフェラン市
2005 大分県別府市
2011 京都市左京区
2014 大分県別府市2018 静岡市駿河区

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火山の下
MM11の時、大島噴火

赤い →温度が高い
泡がある →水があった
見てみたい

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伊豆大島1986年噴火（白尾元理）

ピナツボ火山
カンラン石中に塩水包有物！

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50ミクロン
0.05mm2009年３月19日
芳川さん宛メール

マグマは地球の中のどこでうまれているか？

日本

ハワイ 太平洋

沈み込み帯 ホットスポット 海れい

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地震で見た地球の中のヨウス
地震波トモグラフィー：地震波速度を色で表現

日本

ハワイ、太平洋熱い冷たいどうしてとける？
１ 熱いからとける
２ 水があるからとける

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どうして溶ける？
融解開始温度ホットスポット温度

海嶺
水が加わる
融解開始温度
沈み込み帯
圧力

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水がマントルの溶ける温度を下げる
例えば、ジュースが凍る温度や凍ったジュースが溶ける時を考える
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水がマントルの溶ける温度を下げる
例えば、ジュースが凍る温度や凍ったジュースが溶ける時を考える

凝固点降下

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冷凍庫から出し、しばらく経った部分的に溶けている

水
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冷凍庫から出し、しばらく経った部分的に溶けている

アクエリアス
水10/48

冷凍庫から出し、しばらく経った部分的に溶けている

アクエリアス
水

凝固点降下 10/48

フィリピン ピナツボ
角閃石ハルツバージャイト
アメリカ合衆国アリゾナ州
Kawamoto+
サンカルロス
ほぼ水無し

Cl
2SO4
Na/K

2013 合衆国科学アカデミー紀要

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かんらん石斜方輝石
スピネル角閃石
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かんらん石の中に流体包有物

マントル捕獲岩中の流体包有物

H2O-CO2-NaCl
ピナツボ1991噴火の捕獲岩中のかんらん石

Kawamoto+
2013 PNAS

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流体包有物
割れ目に水流体
Mineral Association ofCanada, short course
2003

徐々に分かれてくる周りの結晶が内側に成長

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Mineral Association of Canada, short course 2003

マイクロサーモメトリー 塩濃度測定

凝固点降下

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H2ONaCl10.5 wt%
NaCl equiv

25 C -46-21.2 -20.9-10-7

凝固点降下の度合い→塩濃度の推定
Bodnar (2003) In Fluid Inclusions: Analysis andInterpretation.
Mineral Association of Canada, short course 2003

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0/2918/48

18

沈み込み帯流体
どれだけ塩素が?
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Fluid inclusions in subarc mantle
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H2O-CO2-NaCl 20/48

VHarzburgite
1991 Pinatubo

Lherzolite
Ichinomegata, NE Japan

3.7± 0.8wt% NaCl eq
5.1± 1Kawamoto
wt%et NaCl
al. 2013 eq
Kumagai et al. in prep.
Proc Natl Acad Sci USA
背弧側火山フロント
Kawamoto et al. 2013 PNAS

Kumagai et al. 2014 CMP

塩濃度マップ(作成中)
volcanoes
0 km

3.7 % 秋田50 km

5 % NaCl 有馬、宝塚温泉

non-volcanic hot springs

3.5% NaCl

5.1 % NaCl ピナツボ crust
ヒスイ
4.7 % NaCl 西南日本
4.6 % NaCl カリブ海

100 kmドミニカ共和国

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serpentine

Kawamoto+ 2013 PNASKumagai+ 2014 CMP
Kusuda+ 2014 EPS
Fukuyama+ 2017 JMPS
Kawamoto+ 2018 Lithos

CO2 saline fluids

S bearing CO 2 saline fluids
infiltrating CO 2 saline fluids
fluid-induced basalt melt

oceanhydration

塩濃度マップ(作成中)
volcanoes
0 km

3.7 % 秋田50 km

5 % NaCl 有馬、宝塚温泉

non-volcanic hot springs

3.5% NaCl

5.1 % NaCl ピナツボ crust
ヒスイ
4.7 % NaCl 西南日本
4.6 % NaCl カリブ海

100 kmドミニカ共和国

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serpentine

Kawamoto+ 2013 PNAS
Kumagai+ 2014 CMP
Kusuda+ 2014 EPS
Fukuyama+ 2017 JMPS
Kawamoto+ 2018 Lithos

CO2 saline fluids

S bearing CO 2 saline fluids
infiltrating CO 2 saline fluids
fluid-induced basalt melt

oceanhydration

沈み込み流体
海水より塩辛い塩水
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2-SO4 硫酸イオンは海水で2番目に多く溶存
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ラマン イメージング（分光法）
顕微鏡
分光器

コンピューター

レーザー
488nm

石の中のH2O, CO2 を識別できる

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ピナツボの流体包有物のラマンマップ
H 2O
3000 to 3643 cm–1
SO42–
is second largest
Ol
823 ± 10cm–1
anhydrite 1015 ± 2.5 cm–1
after NaCl in seawatermagnesite 1096 ± 10cm–1
SO42– ion 983 ± 7.5 cm–1
22 x 55 μm area for 18 hours

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炭酸塩硫酸塩26/48ラマン分光法
2SO4 H2O 2.5 g S/ 1kg water
Following Binder and Keppler (2011 EPSL)

ピナツボの流体包有物
H2O : Cl : S =100 : 3 : 0.25
海水の組成
H2O : Cl : S =100 : 2 : 0.1

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蛇紋岩 マントルの含水鉱物
0.1-1.1wt% S/H2O(Alt et al. 2012 EPSL)
脱水してピナツボの流体包有物に0.25wt% S/H2O

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沈み込み帯のマグマは水が多く、酸化している↑ 酸化→水MORB: 中央海嶺玄武岩
BABB: 背弧玄武岩

Kelley and Cottrell 2009 Science

Arc MI: 沈み込み帯の玄武岩

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水が多く、酸化的になるための仮説
Kelley and Cottrell 2009 Science3+FewithH 2Oor2-SO4

Melt inclusion study byWallace 2005 JVGR

マントル岩中の流体包有物に硫酸塩
こっちが良さそう

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レーザーICP局所分析
誘導結合プラズマ質量分析計@ 海洋研究開発機構

10Counts / s(横須賀)

fluid inclusion

7olivine

olivine106K510104

RbSr

103

Kawamoto, Kimura, Chang,
Yoshikawa, Okuno, Kobayashi
rejected

Na26283032

Time (s)3431/48

Na73 K27 質量比
海水(Na96 K4)とは全く違う

Kawamoto, Kimura, Chang,
Yoshikawa, Okuno, Kobayashi
rejected

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Na73K27

海水とまったく違う(Na96 K4)

従来のマグマの化学組成モデルでの水流体組成
H2O-rich components in マリアナ弧 trough back-arc magmasNa82K18 (Stolper and Newman, 1995 EPSL)
H2O-rich components in Mt. Shasta カスケード弧

Na77K23 (Grove+, 2002 CMP)
Two H2O-rich components in Mt. Shasta カスケード弧

Na70K30 of melt or supercritical fluids components
Na87K13 of aqueous fluids components(Le Voyer+, 2010 J Petrol)

33/48±1σ Na70-84K30-16

Na73K27

海水そのものじゃない(Na96 K4)

海水じゃなく、なに?
蛇紋岩
Na76K24 (Ryan+, 1997 Clay and clay minerals)
有馬・宝塚温泉の水、 高ヘリウム同位体比

Na80-87K20-13 (Masuda+, 1985 Geochem JKusuda+, 2014 Earth Planet Space)

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宝塚

石仏火山フロント
有馬

白浜

湯の峰川湯

赤丸 マントルのHe同位体比

近畿地方に高塩濃度＋炭酸ガス温泉
Sanoほか、2009、 Chemical Geology
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炭酸ガスを含みマントルのHe同位体比

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（兵庫県）
有馬温泉・宝塚温泉
（大阪府）
石仏鉱泉
（和歌山県）
白浜温泉（湯の峰温泉、川湯温泉 低塩濃度）

沈み込む海洋プレートから来る沈み込み帯には、地震、温泉、火山
海洋プレートから出る水による
その水は海水37/48
海が地震、温泉、火山を作る

海水とマントルの化学反応
Na
出る

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CO3
入る
Cl、K入る流体包有物によりわかったこと
2NaCl-SO4-H2O-CO2 流体
蛇紋岩の脱水流体
塩水は炭酸ガスを多く溶かす
炭酸塩、硫酸塩イオン
いろいろな元素を運ぶ

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海水ーマントルの相互作用マントル捕獲岩中の流体包有物

H2O-CO2-NaCl
ピナツボ1991噴火の捕獲岩中のかんらん石

Kawamoto+
2013 PNAS

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炭酸塩鉱物
海底で生物の死骸としてCaCO3が堆積する。
単体では、高温(1200℃)まで安定。
しかし、高温の塩水に溶解。
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炭酸塩鉱物中に塩水包有物
海水が沈み込むことで、海洋プレートの炭酸塩鉱物を溶かして地表に戻る。
マントルの蛇紋岩中と反応し脈状の岩石になる。
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蛇紋岩に炭酸塩の脈
静岡市大岳付近で採取

白いものが炭酸塩
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緑はクロムを含む雲母

流体包有物は海水がマントルにいる物証

50ミクロン

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46/48海水と火山は結ばれている

研究者になるためには

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研究者になるためにはいろいろと工夫する習慣
家のお手伝いをしてください

理系は英語が大事
ラジオ講座がオススメ

自分の得意を考えて伸ばす
好きなこと一致する場合が多い

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自分は、何が得意か？

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自分は、何が得意か？
手先が器用で、実験がうまい

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自分は、何が得意か？
手先が器用で、実験がうまい

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自分は、何が得意か？
手先が器用で、実験がうまい
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３
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しつこいので あきらめない。
なんでも思いついたらやってみる。
失敗しても めげない。
よくしゃべる。

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