MIS35-01

会場:201A

時間:5 月 24 日 09:00-09:15

月惑星表面のクレータ記録からみた天体衝突史
Impact history revealed by the cratering records of the Moon and planets
諸田 智克 1∗
MOROTA, Tomokatsu1∗
1
1

名古屋大学
Nagoya Univ.

地球形成以後の地球外物質の供給の歴史を理解することは，地球の水の起源を考える上で本質的に重要である．月や惑星の表面は過去 45 億年に及ぶ天体衝突の歴史をクレータとして記録しており，地球外物質の供給史を紐解くための数少ない情報源である．
現在，地球-月系に衝突する可能性のある地球近傍小天体の多くは小惑星帯の内側を起源としており，それらは主に S型小惑星に分類される．一方で太陽系初期では，S 型小惑星よりも揮発性物質を多く含む天体の供給があった可能性がある．例えば，後期重爆撃期仮説を説明するモデルとして近年提案されているニースモデルよると，巨大惑星の大移動によって揮発性物質を多く含む太陽系外縁部天体や小惑星帯の外側に位置していた天体を地球軌道にもたらす機構が考えられている．このような太陽系外縁部から地球に大量の物質が供給されるイベントは本当に起こったのだろうか．
本発表では月を中心とする固体天体表面のクレータ統計研究とそれから導かれる太陽系初期の小天体の軌道進化過程
や天体衝突史に関する現状理解を整理するとともに，日本の月周回衛星「かぐや」で得られた成果について紹介する．
キーワード: 天体衝突, クレータ, クレータ年代学, 月, 後期重爆撃期
Keywords: impact, crater, cratering chronology, Moon, late heavy bombardment

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MIS35-02

会場:201A

時間:5 月 24 日 09:15-09:30

すばる望遠鏡の HSC 戦略枠サーベイが目指す太陽系小天体研究
Solar system science by the Subaru Hyper Suprime-Cam survey
吉田 二美 1∗YOSHIDA, Fumi1∗
1
1

国立天文台
NAOJ

2014 年 3 月より Hyper Suprime-Cam (HSC) による戦略枠プログラムが始まり、約 1500 平方度という広い領域のサーベイが行われる。すばるのような大型望遠鏡を使った広領域のサーベイはこれが初めてで、r’=22-27 等の太陽系小天体が多数検出されると予想される。今までの広視野サーベイに比べてはるかに小さい天体まで検出可能であり、太陽系小天体グループごとのサイズ分布のフェイントエンドを決定するための格好の機会である。
これまで太陽系小天体のフェイントエンドのサイズ分布を決める観測は、同じくすばる望遠鏡に搭載されている SuprimeCam で行われてきたが、全サーベイ領域は 10 平方度程度と狭く、もっと多くの天体を検出してサイズ分布の決定精度を高める必要があった。HSC サーベイでは一桁多いサインプ数を見込めるので、メインベルトの区画（内側（S 型小惑星が大半）／中央（S・C 型）／外側（C 型小惑星が大半））毎のサイズ分布を決定し、小惑星組成と壊れやすさの関係を明らかにし、小惑星帯全体としての、小惑星組成・内部構造を明らかにすることをめざす。また、天体像の広がり具合を調べて、メインベルト内の水分布を明らかにするために重要なメインベルト彗星候補の検出もめざす。メインベルト領域の天体の一部は、近地球天体（NEOs）へと軌道進化することが知られており、それらが地球へ水を供給したかもしれない。したがって、HSC サーベイにより観測的にメインベルト全体の物質組成・分布を明らかにすることは、惑星形成に伴う天体移動やその他の小天体の軌道進化の計算と合わせて、地球への物質輸送の様相を明らかにするための重要な手がかりとなる。
さらに、HSC サーベイではメインベルトの外側の木星トロヤ群や太陽系外縁天体（TNOs）についても十分な検出数が見込める。トロヤ群天体については、L4 と L ５群の違いについて、TNO については、cold/hot 集団間のサイズ分布差の定量的な評価を行うことを計画している。
講演では Suprime-Cam で行われたサーベイ結果の紹介も交えながら、HSC サーベイで期待される太陽系小天体研究について述べる。

キーワード: 太陽系小天体, 広視野サーベイ, 測光, 小惑星, トロヤ群天体, 太陽系外縁天体
Keywords: Small Solar System Bodies, Wide field survey, Photometry, Asteroids, Trojans, TNOs

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MIS35-03

会場:201A

時間:5 月 24 日 09:30-09:45

はやぶさ２近赤外分光計で探る地球の水の起源
Exploring the origin of Earth’s water by the Hayabusa-2 near-infrared spectrometer
北里 宏平 1∗ ; 岩田 隆浩 2 ; 安部 正真 2 ; 大竹 真紀子 2 ; 廣井 孝弘 3 ; 中村 智樹 4 ; 小松 睦美 5 ;荒井 朋子 6 ; 中藤 亜衣子 2 ; 大澤 崇人 7 ; 仲内 悠祐 5 ; 渡邊 誠一郎 8
KITAZATO, Kohei1∗ ; IWATA, Takahiro2 ; ABE, Masanao2 ; OHTAKE, Makiko2 ; HIROI, Takahiro3 ;NAKAMURA, Tomoki4 ; KOMATSU, Mutsumi5 ; ARAI, Tomoko6 ; NAKATO, Aiko2 ; OHSAWA, Takahito7 ;NAKAUCHI, Yusuke5 ; WATANABE, Sei-ichiro81

会津大学, 2 宇宙科学研究所, 3 ブラウン大学, 4 東北大学, 5 総合研究大学院大学, 6 千葉工業大学, 7 日本原子力開発機構,
名古屋大学
1
University of Aizu, 2 JAXA/ISAS, 3 Brown University, 4 Tohoku University, 5 Graduate University for Advanced Studies, 6 Chiba
Institute of Technology, 7 JAEA, 8 Nagoya University
8

小惑星探査機「はやぶさ２」に搭載した近赤外分光計（NIRS3）は，水酸基や水分子の赤外吸収が見られる 3 μ m 帯の反射スペクトルを測るリモートセンシング機器である．我々は NIRS3 を使って，2018-19 年の期間に近地球 C 型小惑
星 1999JU3 の近接観測を行い，その表面の含水鉱物分布の特徴を明らかにすることを計画している．近年，地上観測から C 型小惑星の内部に氷の存在を示唆する結果が報告されており，地球の海洋形成における C 型小惑星の寄与が従来の想定よりも大きくなる可能性が出てきた．内部氷の存在を検証するには水質変成が起きたときの水の挙動を理解することが必要であり，NIRS3 では衝突装置が作り出す人工クレーターの観測から加熱脱水や宇宙風化による二次的な変成の影響を識別し，母天体上で起きた水質変成の情報を抽出することを目指す．本発表では C 型小惑星の最新の描像をもとに，NIRS3 で期待される成果について紹介する．
キーワード: はやぶさ２, 小惑星, 水, 近赤外分光
Keywords: Hayabusa-2, asteroids, water, near-infrared spectroscopy

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MIS35-04

会場:201A

時間:5 月 24 日 09:45-10:00

含水炭素質コンドライトの脱水および復水過程
Dehydration and rehydration of hydrous carbonaceous chondrites
中村 智樹 1∗ ; 松岡 萌 1 ; 山下 小百合 1 ; 佐藤 勇大 1 ; 城後 香里 1 ; アン インスー 2 ; リ ジョンイク 2 ;今栄 直也 3 ; 山口 亮 3 ; 小島 秀康 3
NAKAMURA, Tomoki1∗ ; MATSUOKA, Moe1 ; YAMASITA, Sayuri1 ; SATO, Yudai1 ; JOGO, Kaori1 ; AHN, Insu2 ;LEE, Jong-ik2 ; IMAE, Naoya3 ; YAMAGUCHI, Akira3 ; KOJIMA, Hideyasu3
1
1

東北大学大学院理学研究科, 2 韓国国立極地研究所, 3 国立極地研究所
Tohoku University, 2 Korean Polar Research Institute, 3 National Institute of Polar Research

Asteroidal water in hydrous C-complex asteroids is one of the possible source of Earth’s ocean. The hydrous C-complex
asteroids consist of hydrous carbonaceous chondrites and therefore the water came to the earth as such hydrated meteorites. CM
chondrites are the most abundant group of carbonaceous chondrites, composed mainly of hydrous minerals such as serpentine(cronstedtite) and tochilinite. They show 0.7-µm and 3-µm absorption bands in the reflectance spectra. The 0.7-µm band is aspectral feature characteristic of CM chondrites, because it is common in CM chondrites and rare in other hydrated carbonaceouschondrites (Cloutis et al. 2011). Recent investigation on spectral data of asteroids indicated that 30±5% of C-complex asteroids
shows 0.7-µm band (Rivkin, 2012), suggesting that CM materials are also common at main belt asteroids.
Some CM chondrites have been heated to temperature sufficient for dehydration of hydrous minerals (e.g., Akai, 1990: Nakato
et al. 2008) and are classified to heating stage I to IV based on the degree of heating (Nakamura, 2005). On the other hand, not a
few C-complex asteroids show reflectance spectra similar to dehydrated CM chondrites (Hiroi et al. 1993). In the present study,
we performed analyses of reflectance spectra, X-ray diffraction, and water contents of hydrated and dehydrated CM chondrite
samples. In addition, heating experiments were conducted in order to observe changes of reflectance spectra, X-ray diffraction,
and water content with increasing temperature. Murchison CM chondrite was heated for 50 hours at temperatures of 400, 600,
and 900 ℃ at IW oxygen buffer.
Heating experiments showed that tochilinite decomposes and serpentine partly becomes amorphous at 400 ℃, serpentine
completely decomposes and secondary olivine nucleates at 600 ℃, and olivine becomes well crystalline and metallic FeNi
generates at 900 ℃. The samples heated at 400, 600, and 900 ℃ reproduced the mineralogy of CM chondrites with heating stage
II, III, and IV, respectively. The 0.7-µm band disappears by heating at 400 ℃. The 3-µm band strength decreases with increasing
temperature, but does not disappear even at 900 ℃. Water contents of unheated and experimentally heated Murchison samples
were determined by the Karl Fischer titration method with stepped heating: 10.0, 6.6, 1.2, and 0.6 wt% of water recovered fromunheated, 400, 600, and 900 ℃ samples, respectively. The result clearly indicates that the dehydration proceeds with increasing
temperature. On the other hand, in the stepped heating analysis, most of the water was released below 600 and 900 ℃ from 600
and 900 ℃ heated samples, respectively. This indicates that water in the 600 and 900 ℃ samples (1.2, and 0.6wt%, respectively)
was acquired into samples by rehydration in the atmosphere after heating experiments. The rehydration water is tightly boundedto samples, because the largest release of water was detected at 400 ℃ from both 600 and 900 ℃ heated samples. If we omit
rehydration water from the total water contents, then dehydration is completed in Murchison by heating at 600 ℃ for 50 hours(heating stage III).
On the other hand, the results of reflectance spectra measurement of naturally heated CM chondrites reveals that even samplesof heating stage IV such as Dho735, B7904 and Y86720 show 3-µm absorption band, which suggests rehydration. Water-content
analysis of Dho735 confirms the rehydration: most of water was released at 300˜600 ℃. The water analysis concludes thatdehydrated CM chondrites are a strong water absorber. This suggests that dehydrated-CM materials on the surface of C-complex
asteroids would resorb the water released upon impacts of hydrous micrometeorites from other asteroids and comets.
Keywords: aqueous alteration, C-complex asteroids, reflectance spectra, water analysis

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MIS35-05

会場:201A

時間:5 月 24 日 10:00-10:15

水の量が中途半端である意義：「海陸共存」惑星地球の気候的特性について
Significance of incompleteness as an aqua planet: Earth’s climate with land-sea coexistence
山中 大学 1∗YAMANAKA, Manabu D.1∗
1
1

神戸大学理学研究科惑星学専攻・海洋研究開発機構連携講座
JAMSTEC-Cooperative Devision, DP-GSS, Kobe University

我々の惑星地球は、本体内部の活動による地殻表面の凹凸が維持され、太陽からの距離で決まる温度条件で維持された液相の水は全球を覆わず海陸共存状態にあり、その気候は、地殻凹凸が海面を越えない水惑星や、液相の水のない陸
惑星と本質的に異なっている。
第一に自転惑星流体では、水平な渦（Rossby）運動が鉛直の対流（重力波）運動より卓越し木星型惑星の縞模様のよ
うになるが、海洋は陸を越えず曲げられ黒潮・湾流のように極向きに熱を運ぶ。第二に惑星上の日射は、公転（離心率による全球同相および自転軸傾角による半球間逆位相）周期、ならびに自転（太陽日）周期で変化するが、これらは海陸の熱的コントラストで大いに増幅される。第三に、大気・海洋間には海洋向きの力学的と大気向きの熱的な強制による相互作用が存在するが、陸面・海面間では液相の遅い河川と気相の速い海風が平衡している。これら大気・海洋・地殻という地球表層 3 相間の三重点が海岸線であり、例えば大気海洋（気候変動）による浸食作用、地殻変動による造陸作用などが関与して維持されているはずである。
海陸共存は特に赤道域で本質的に重要である。ここでは自転軸が水平となるため対流運動が卓越し、海陸間の日射加熱差や水循環に支配されるからである。特に島嶼で海岸線が長いインドネシア海大陸域は、最多雨となる。水惑星では
1〜2 ケ月かけて地球を周回するだけの暖水と雲のペアは、海大陸と米阿両大陸で暖水が堰止められ反射されるため数年周期で振動する（エルニーニョ南方振動、インド洋ダイポールモード）。従って、この海大陸域は、地球にいながらにして観測に立脚した惑星大気科学的研究を行える対象として、極めて重要である。
海岸線や河川には、人類の世界拡散、文明発祥以来現在もなお人口や富が集中し、そのため観測も偏在するが、偶然にも気候学的特異点であったため弊害は抑えられた。気候学的重要性の割には観測頻度が低かった海大陸域では、今後は日本の研究陣に代わって、G20 インドネシアが本格的に参入する全地球観測が開始されつつある。
キーワード: 海陸共存, 海岸線, 気候, 自転・公転効果, 人類, インドネシア海大陸
Keywords: land-sea coexistence, coastline, climate, rotation and revolution, human beings, Indonesian maritime continent

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MIS35-06

会場:201A

時間:5 月 24 日 10:15-10:30

地球深部への水輸送とマントル対流との相互作用
Water transport to the deep mantle and its effects on the mantle dynamics
中久喜 伴益 1∗ ; 中川 貴司 2 ; 岩森 光 3
NAKAKUKI, Tomoeki1∗ ; NAKAGAWA, Takashi2 ; IWAMORI, Hikaru3
1

広島大・院理・地球惑星システム学, 2 海洋研究開発機構／数理科学・先端技術, 3 海洋研究開発機構／地球内部物質循環
Dept. Earth and Planetary Systems Science, Hiroshima Univ., 2 MAT, JAMSTEC, 3 Geochemical Evolution Research Program,
JAMSTEC1

島弧下のマントルの流動と水輸送を結合した数値モデリングにより、スラブが脱水してから部分融解の生成に至るまでの過程を詳しく理解できるようになった (Iwamori, 1998)。一方、背弧や大陸プレート内部においても、火山活動が見られることや、リソスフェアが大きく変形し、テクトスフェアのように表層に厚い地震波高速度域が見られないことから、沈み込んだスラブからの水が影響を与えている可能性があると考えられる。さらに、 Iwamori and Nakamura (2012)
では、同位体異常の独立成分解析から１つの独立成分 (IC2) は親水元素の分布を示すと考えた。その分布に半球的な大規模構造が存在することが示されている。マントル深部に沈み込んだ水はどこに運ばれ、マントルダイナミクスにどのような影響を与えるのであろうか。これらの動力学的過程を理解するため、沈み込み帯深部までの水輸送とプレートの沈み込みを動的結合したマントル対流の数値モデルを構築し、シミュレーションを行った。
基礎となるモデルとして、これまで著者らが開発してきた自発的沈み込みのモデル (Nakakuki, et al. 2010) を使用した。
このモデルに、含水鉱物の相図と水輸送を組み込む。岩石の最大含水量は相図から決まる水和鉱物・結晶内の水だけでなく、結晶粒界の水も考慮した。水がマントル対流に与える影響として、含水によって岩石の密度や粘性が低下する効
果を考える。最大含水率を超えると岩石は脱水し、その水は浸透流により上方に運ばれると考えられる。脱水した水は瞬間的に上方へ動くと仮定した。
岩森らの研究や地震学的な研究 (Kawakatsu and Watada, 2007) によると、海洋地殻から脱水した水は、スラブ上面の橄
欖岩に取り込まれ蛇紋岩として、150km 程度の深さまで輸送される。我々のモデルでは、この含水層が安定に形成されるためには、沈み込む海洋地殻の含水量は 2%程度以上でなければならなかった。また、強度については、プレート境界の逆断層と同程度かそれよりも小さくなければならなかった。これらは Horiuchi (2013) の結果と調和的である。この相が choke point で分解した後、水は高温のマントルへ脱水し、高温の nominally anhydrous minerals (NAMs) により深部へ輸送される。このとき、NAMs が持つことの出来る水は最大で 0.2 wt. %程度と推定された。これより大きい場合 (0.4 wt.
%) には、深部へ輸送される水が多くなりすぎて島弧下のマントルを水で満たすことは出来なくなった。深部に運ばれる水の量は、海洋地殻に含まれる水の量によらず、海洋地殻に対する質量比で約 1%であった。

Richards and Iwamori (2010) は水平なスタグナントスラブが形成された際、含水層がレイリー・テイラー不安定を起こ
し、プルームとして上昇する可能性を示した。これに対し本研究では、そのような不安定の発生は見られなかった。一方、下部マントルに沈み込むスラブは、下部マントルの最大含水率に依存して脱水する。下部マントルの含水力が 410km
以浅の NAMs マントルより小さい場合には脱水を起こす。この場合、スラブ上面の含水層は 660km 相境界面を境に大きく水平方向へ広がることが分かった。これは、上方への脱水と沈み込みに伴う斜め下降を繰り返すためである。脱水した水によって、水に飽和した薄い層が 660km 相境界直上に形成された。この層は軽く、不安定となり、含水プルームとして上昇し始める。一方、 下部マントルに運ばれる水の量は、含水層が広がることによって、上部マントルの NAMs と下部マントルの最大含水率比の５倍程度になる。また、スラブがマリアナ弧のように海側に傾く時には、660 km 相境界にてスラブの低温側 (D 相) に水が入る可能性があることを示した。
下部マントルに沈み込んだ水はスラブとともに核・マントル境界 (CMB) に落下する。マントル最下部には平均的なマントルより密度が高い物質が集積していて、これが地震波の大規模横波低速度域 (LLSVPs)、すなわちスーパープルームの原因となっていると考えられている。沈み込んだスラブは密度が高い物質を沈み込んだ場所から掃き出してしまう。つ
まり、LLSVPs と水分布は排他的となることを意味する。OIB ソースとして、CMB 上の高密度層が考えられることが多い。しかし、Iwamori and Nakamura (2012) によると OIB 的な IC1 と親水元素の IC2 は排他的ではない。独立成分の解釈が正しいとすれば、我々の結果は OIB ソースが LLSVPs のような CMB 上の一部を占めるパイルではないこと示している。

キーワード: 水輸送, 沈み込み, マントル対流, 大規模不均質構造

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MIS35-06

会場:201A

時間:5 月 24 日 10:15-10:30

Keywords: water transport, subduction, mantle convection, large-scale heterogeneity

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MIS35-07

会場:201A

時間:5 月 24 日 10:30-10:45

マントル対流シミュレーションよって予測される水蒸気脱ガス量について
On the degassing of water vapor inferred from mantle convection simulations
中川 貴司 1∗
NAKAGAWA, Takashi1∗
1
1

海洋研究開発機構数理科学・先端技術研究分野
Department of Mathematical Science and Advanced Technology, JAMSTEC

The degassing process of volcanic activity would be influenced to the formation of surface environment of Earth, which has
been argued from simplified and theoretical model of co-evolution of planetary interior and surface [e.g. McGovern and Schubert,
1989; Tajika and Matsui, 1992]. Those models, however, used the parameterized convection model for heat transfer and volatilecirculation as well as degassing process. Recent progress of numerical modeling of mantle dynamics can trace the magmatic
activity and water circulation over the geologic time-scale [e.g. Nakagawa et al., submitted]. However, such an investigation was
not included for effects of melt-phase system such as expressed by the density structure of silicate melt. This effect would be
essential for reconciling the thermo-chemical state of early Earth’ interior [Labrosse et al., 2007; Lee et al., 2010]. In this study,
we attempt to construct global-scale water circulation model in thermo-chemical mantle convection simulations including meltphase system and degassing-regassing processes over the geologic time-scale. The melt-phase system is based on the density
structure of molten silicate found from Stixrude et al. [2009]. Preliminary results found from this study are suggested thathuge volcanic activity would be expected in early Earth when the density crossover between solid silicate and molten silicate is
assumed in the deep mantle, which the molten silicate is much denser than solid silicate. This also suggests that the degassing
rate of water vapor in the early Earth would be more efficient with the denser molten silicate in the deep mantle compared to theless dense case. More detailed results and discussion will be shown in the presentation.
キーワード: 融解相関係, 水循環, マントル対流, 火成活動, 脱ガス
Keywords: Melt-phase system, Water circulation, Mantle convection, Magmatism, Degassing

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MIS35-08

会場:201A

時間:5 月 24 日 11:00-11:15

地球の水の起源と進化：物質科学からのアプローチ
Origin and evolution of water in the Earth inferred from geological evidences
片山 郁夫 1∗ ; 松影 香子 2 ; 木村 純一 3 ; 川本 竜彦 4
KATAYAMA, Ikuo1∗ ; MATSUKAGE, Kyoko N.2 ; KIMURA, Jun-ichi3 ; KAWAMOTO, Tatsuhiko41

広島大学地球惑星システム学, 2 神戸大学地球惑星科学, 3 海洋研究開発機構, 4 京都大学地球惑星科学
Department of Earth and Planetary Systems Science, Hiroshima University, 2 Department of Earth and Planetary Sciences,
Kobe University, 3 Japan Agency for Marine-Earth Scienc and Technology, 4 Department of Earth and Planetary Sciences, Kyoto
University
1

地球という星は表層をおおう海洋で特徴づけられるが，その水はどこからどのように供給され，そして地球にのみ海洋が継続して存在しえたのはなぜだろうか？ この問題は，生命の誕生・発展と関連し，地球の進化を解明する上で極めて重要な課題の一つといえる。
「地球の選択」プロジェクトでの本研究班の役割は，地球に記録されている物質学的な証拠をもとに，地球の水の起源と進化の解明に取り組むことである。具体的には，（１）地球の水の起源，（２）海洋の形成とプレートテクトニクスの開始，（３）大陸の形成と水の分別，（４）火成活動による地球内部の水変遷，（５）地球内部への水輸送と海水の逆流の各テーマに取り組む。これらいずれのプロセスも水と固体地球の相互作用の結果である。例
えば，地球に水が供給され原始海洋が形成されることによって，プレートの沈み込みが開始し大陸が形成されるようになった。これら地球初期の証拠は少ないが，冥王代のアパタイトやジルコンに取り込まれている流体包有物の局所分析から，地球の水の起源を明らかにする。また，大陸が形成して以降の水の進化は，火成活動により地球内部から表層に放出されたマグマやマントル捕獲岩の化学組成をもとに，地球内部の水量がどのように変遷したかを検証する。沈み込み帯で地球内部へ輸送される水については，海洋リソスフェアの水の取り込みに注目し，地球内部への流入量と島弧火成活動により放出される流出量のマスバランスの時代変化を検証する。また，火星や金星など他の地球型惑星や月の水の起源や変遷と比較し，なぜ地球が他の惑星とは異なる運命を辿ったかを解明していきたい。
キーワード: 地球内部の水分別, 地球内部の水変遷, 地球内部への水輸送
Keywords: water differentiation in the Earth, water evolution in the Earth, water transportation into the Earth

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MIS35-09

会場:201A

時間:5 月 24 日 11:15-11:30

地球内部への水輸送 - 海洋プレートの実態研究 Water transportation into the earth’s interior - Oceanic plate and its evolution 藤江 剛 1∗ ; 小平 秀一 1 ; 海宝 由佳 1 ; 佐藤 壮 1 ; 高橋 努 1 ; 高橋 成実 1 ; 山本 揚二朗 1 ; 山田 知朗 2
FUJIE, Gou1∗ ; KODAIRA, Shuichi1 ; KAIHO, Yuka1 ; SATO, Takeshi1 ; TAKAHASHI, Tsutomu1 ;TAKAHASHI, Narumi1 ; YAMAMOTO, Yojiro1 ; YAMADA, Tomoaki2
1
1

海洋研究開発機構, 2 東京大学地震研究所
JAMSTEC, 2 ERI, Univ. of Tokyo

地球表層に豊富に存在する水が地球内部に運ばれると、地震火山活動やマントル対流など固体地球のダイナミクスに多大な影響を及ぼす。地球の進化は、地球表層から地球内部への水輸送を抜きにしては語ることはできないだろう。では、表層の水はどのようにして地球内部へ運ばれているのだろうか？ 高温高圧な地球内部に液体の水は浸透できない。
そのため、水はマントル対流による物質循環の一環として、含水鉱物の形で地球内部へと運ばれることになる。すなわ
ち、含水化した海洋プレートの沈み込みが地球内部への水輸送を担っている。
海洋プレートの含水化は、従来、中央海嶺におけるプレート生成時の地殻の含水化が主要なものであると考えられていた。しかし、最近になって、海底面からマントルまで貫くアウターライズ断層のような大規模な亀裂が水の浸透経路として作用することで、マントル含水化 (蛇紋岩化) が大規模に生じている可能性が指摘されるようになってきた。蛇紋岩化することでマントルは地殻に比べて大量の水を含み得るため、蛇紋岩化が大規模に進行しているならば海洋プレー
トが輸送する水量は従来の想定より遥かに大きいことになる。
このような可能性を検証するために、近年、世界各地のアウターライズ海域で盛んに構造研究が実施されている。海洋研究開発機構でも、日本列島に沈み込む直前の太平洋プレートにおいて海底地震計と人工震源を用いた大規模な地震
構造探査研究を 2009 年より実施しており、アウターライズ断層の発達に伴い地震波速度が低下するだけでなく、ポアソ
ン比 (Vp/Vs 比) が上昇することなどを世界に先駆けて明らかにしてきた。これらの結果は、アウターライズ断層の発達に伴い海洋プレート内に水が浸透しているという解釈と整合的であり、沈み込む直前のプレート折れ曲りが地球内部への水輸送、ひいては地球の進化を解き明かす一つの鍵になっていることを示唆している。
本講演では、海洋研究開発機構が太平洋プレート上で実施してきた地震構造探査研究の成果を中心に、アウターライ
ズにおける構造研究の現状を紹介する。さらに、たとえば水輸送量の定量化や空間不均質性など、地球内部への水輸送史の把握を目指す上で残された課題を議論し、今後進むべき観測研究について提案をしていきたい。
キーワード: 海洋プレート, アウターライズ, 含水化, 地震構造探査, 水輸送, Vp/Vs
Keywords: oceanic plate, outer rise, hydration, seismic survey, water transportation, Vp/Vs

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MIS35-10

会場:201A

時間:5 月 24 日 11:30-11:45

Po/So 波から推定された海洋リソスフェアの起源
Origin of the oceanic lithosphere inferred from Po/So waves
志藤 あずさ 1∗ ; 末次 大輔 2 ; 古村 孝志 3
SHITO, Azusa1∗ ; SUETSUGU, Daisuke2 ; FURUMURA, Takashi31

京都大学地球熱学研究施設, 2 海洋研究開発機構地球深部ダイナミクス研究分野, 3 東京大学地震研究所
Institute for Geothermal Sciences, Kyoto University, 2 Department of Deep Earth Structure and Dynamics Research, JAMSTEC,
3
Earthquake Research Institute,The University of Tokyo
1

It has long been recognized that the oceanic P and S waves (Po and So waves) have signal with high frequency, large amplitude,
and long duration and propagate for large distance up to 3000 km across the ocean. The Po/So waves are developed by multiple
forward scattering of P and S waves due to small-scale heterogeneities in the oceanic lithosphere and scattering and capturing of
P wave in seawater layer [e.g., Shito et al., 2013; Kennett and Furumura, 2013]. In order to study the origin of the small-scale
heterogeneities, the Po/So waves travelling in the Philippine Sea are analyzed.
The Philippine Sea is one of the marginal seas of the Pacific Ocean. It is fundamentally divided into two regions bounded by
the Kyushu-Palau Ridge, each is considered to be formed in different episodes of back-arc spreading and that western part (45-60
Ma) is older than eastern part (15-30 Ma) [e.g., Seno and Maruyama, 1984]. The comparison of the Po/So waves propagation in
the different ages of the oceanic lithosphere is expected to reveal the origin of the small-scale heterogeneities.
Seismological observations using BBOBSs was conducted in the Philippine Sea from 2005 to 2008 as a part of the Stagnant
Slab Project [Fukao et al., 2009], and high-quality Po/So waves from earthquakes in subducting Philippine Sea plate wererecorded very clearly. The findings from the observed Po/So waves in the Philippine Sea plate are summarized as follows [Shito
et al., 2014]. (1) The Po/So waves propagate even in youngest oceanic lithosphere (15 Ma) near the past spreading center of
the Shikoku Basin. (2) The Po/So waves propagate much more effectively in older western part than younger eastern part of thePhilippine Sea.
We investigate the mechanism of this propagation efficiency using numerical a Finite Difference Method simulations of 2-D
seismic wave propagation. The comparison of the observed and calculated Po/So waves indicates that the age-dependence can be
explained by the thickness of the heterogeneous lithosphere. The estimated thicknesses of the oceanic lithosphere are consistent
with those obtained by a previous study based on receiver function analysis [Kawakatsu et al., 2009]. The expected depth of thelithosphere asthenosphere boundary corresponds to the top of partial melting region calculated on the basis of the model definedby the water solubility of 1000 parts per million H2O [Mierdel et al. 2007].
The results suggest that the oceanic lithosphere including the small-scale heterogeneities thicken with age. These smallscale heterogeneities may form continuously in oceanic lithosphere from the time of its formation at a spreading ridge, via thesolidification of melts distributed in the asthenosphere.
Keywords: Po/So waves, Philippine Sea Plate, oceanic lithosphere

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会場:201A

時間:5 月 24 日 11:45-12:00

インド洋中央海嶺の深海性かんらん岩：マントルの不均質性と海洋プレート形成への影響
Abyssal peridotites from the Central Indian Ridge: Implications for mantle heterogeneityand oceanic plate formation
森下 知晃 1∗ ; 仙田 量子 2 ; 曽田 祐介 1 ; 伊藤 加寿也 1 ; 中村 謙太郎 3 ; 熊谷 英憲 2 ; 沖野 郷子 3 ;佐藤 暢 4MORISHITA, Tomoaki1∗ ; SENDA, Ryoko2 ; SODA, Yusuke1 ; ITO, Kazuya1 ; NAKAMURA, Kentaro3 ;KUMAGAI, Hidenori2 ; OKINO, Kyoko3 ; SATO, Hiroshi41
1

金沢大学, 2 海洋研究開発機構, 3 東京大学, 4 専修大学
Kanazawa University, 2 JAMSTEC, 3 University of Tokyo, 4 Senshu University

中央海嶺は，プレート形成場であり，マントル物質であるかんらん岩が部分融解してメルトが発生し，メルトの分離移動-固化によって玄武岩質海洋地殻と溶け残りかんらん岩が形成されていると考えられている。そのため，海洋底で採取される深海性かんらん岩は，中央海嶺下での融解を記録していることを想定した議論が多くなされてきた。しかし，近年の研究成果から，中央海嶺かんらん岩試料の中に，現在の中央海嶺活動以前に融解を経験したことを示唆するものが含まれていることが指摘されている（Brandon et al., 2000; Standish et al., 2002; Harvey et al., 2006; Liu et al., 2008）。マン
トルの不均質性を生み出すモデルとして，沈み込んだ海洋地殻物質のマントルへの再混入モデルは広く受け入れられている（例えば，Hofmann, 1997）。沈み込んだ海洋地殻再混入モデルを受け入れるならば，沈み込んだ過去の溶け残りかんらん岩が混在していることも十分に可能である。
インド洋および南大西洋の海洋底玄武岩類は，他の地域と比較して，玄武岩の同位体比組成が異なることが知られている (例えば，Iwamori & Albarede, 2008; Iwamori et al., 2010)。インド洋中央海嶺からは深海性かんらん岩も多く採取されてい (Hellebrand et al., 2002; Seyler et al., 2003; Morishita et al., 2009, 2014; Zhou and Dick, 2013；Yi et al., 2014)。イ
ンド洋中央海嶺は北から南に向かい拡大速度が速くなることが知られており (DeMets et al., 2010)，拡大速度と深海性かんらん岩の相関を検討する海域として，ひいては，広域的な海洋マントルの多様性とその要因に関する研究に適した海域であると考えている。また，インド洋の深海性かんらん岩は，他の海域のものと比較して Os 同位体比が高い傾向にある (仙田ら，2012)。
海洋研究開発機構の調査船により中央インド洋海嶺最南端領域から深海性かんらん岩が多く採取された。本地域のかんらん岩は，中程度にメルト成分に枯渇し，その後，分化したメルトによる組成改変を受けているという特徴を持つ。最南端部の結果と，インド洋中央海嶺北部から採取されたかんらん岩と比較してみると，拡大速度や，海嶺セグメントの中心部-末端部という関係に関わらず相関が見られず，比較的メルト成分に枯渇したかんらん岩が採取されている。また，最南端部の中央海嶺軸に産する地形的な高まりから採取された試料は，記載岩石学的には斜方輝石が多く（つまりケイ素に富むかんらん岩）であり，Os 同位体組成的には高い特徴を持つことが明らかになってきた。これらの試料は，沈み込む海洋プレートの影響を受けたマントルウエッジかんらん岩に期待される特徴である。これらを総合して考えると，インド洋中央海嶺は，ゴンドワナ大陸が分裂した場所に形成された海洋であり，パンジアやゴンドワナ大陸を形成した時（およびそれ以前の）履歴を記録したかんらん岩が中央海嶺下に混合している可能性が指摘できる。このようなかんらん岩の中には，中央海嶺下での断熱上昇では玄武岩質の地殻を十分に形成するほどメルトを発生しない場合があり，かんらん岩が海洋底近傍まで上昇する可能性が考えられる。このような場合，引き続く海洋プレートの拡大によって断層の形成，海水の浸透により蛇紋岩化するとことで，海洋底に深海性かんらん岩が露出しやすくなることが起き，マントルの不均質性が海洋プレートの構成そのものに影響を与えることが予想される。

キーワード: インド洋中央海嶺, 深海性かんらん岩, マントルの不均質性, 海洋プレートの形成
Keywords: Central Indian Ridge, Abyssal peridotite, Mantle heterogeneity, Formation of Oceanic Plate

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会場:201A

時間:5 月 24 日 12:00-12:15

四国沖から紀伊水道沖におけるフィリピン海プレートの構造不均質
Heterogeneous structure of the incoming Philippine Sea plate along the southwestern
Nankai Trough仲西 理子 1∗ ; 山本 揚二朗 1 ; 山下 幹也 1 ; 井和丸 光 1 ; 藤江 剛 1 ; 三浦 誠一 1 ; 小平 秀一 1 ;金田 義行 1NAKANISHI, Ayako1∗ ; YAMAMOTO, Yojiro1 ; YAMASHITA, Mikiya1 ; IWAMARU, Hikaru1 ; FUJIE, Gou1 ;MIURA, Seiichi1 ; KODAIRA, Shuichi1 ; KANEDA, Yoshiyuki1
1
1

海洋研究開発機構
JAMSTEC

The next large-thrust earthquake along the Nankai Trough, southwest Japan is concerned to occur within this century. First
break of historical large-thrust earthquakes along the Nankai Trough are known to be always located off the Cape Shiono. Nonvolcanic deep low-frequency tremors and earthquakes considered as one of indicators of the future large-thrust earthquakes areobserved around the down-dip limit of the coseismic rupture zone of the last Tonankai and Nankai earthquakes [Obara, 2002].
However the absence of Nonvolcanic deep low-frequency tremors and earthquakes is recognized between Shikoku Island and Kii
Peninsula. One of the causes of these low-frequency seismic phenomena is considered to be fluid generated by dehydration processes from the subducting slab. It is important to investigate structural variation in the incoming Philippine Sea plate, including
its fluid content to understand the generation of the low-frequency seismic phenomena as well as large-thrust earthquakes.
In 2014, we conducted the seismic refraction and reflection survey in the northern margin of the Shikoku Basin, where thePhilippine Sea plate is subducting beneath the Eurasia plate at the Nankai Trough. We conducted a 360km long seismic profile
about 50-60km seaward of the deformation front along the Nankai Trough. 35 OBSs were deployed along the profile with theinterval of 10km. A tuned airgun array shot with a total volume of 7800 cu. in. every 200m for OBSs, and 380 cu. in. every
37.5m for a 192-channel, 1.2km-long hydrophone streamer.
In the time-migrated reflection section, variation in the sedimentary layer and basement reflection can be recognized off
Shikoku, which may correspond with the boundary of the plate age proposed by magnetic lineation [Okino et al., 1999]. In thesouthwestern part of the profile, the basement reflection is not always clear, and shows smooth structure. Comparatively in thenortheastern part, basement changes in depth drastically with prominent reflection signals. Moreover result of first-arrival tomography based on the wide-angle OBS data shows dramatic change in P-wave velocity just beneath the basement corresponding
with the structural boundary observed along the reflection section as mentioned above.
We will show the structural variation of the oceanic crust and the uppermost mantle of the incoming plate, which may berelated to the formation of the Shikoku Basin as well as the generation of large-thrust earthquakes and low-frequency events, byusing OBS data.
This study is part of ‘Research project for compound disaster mitigation on the great earthquakes and tsunamis around the
Nankai Trough region’ funded by MEXT, Japan.

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会場:201A

時間:5 月 24 日 12:15-12:30

海底地震観測による日本下のマントルウエッジ構造
Mantle wedge structure of the Japan Sea derived from Ocean Bottom Seismometer observation
中東 和夫 1∗ ; 山田 知朗 2 ; 植平 賢司 3 ; 望月 公廣 2 ; 酒井 慎一 2 ; 塩原 肇 2 ; 篠原 雅尚 2 ; 金沢 敏彦 3
NAKAHIGASHI, Kazuo1∗ ; YAMADA, Tomoaki2 ; UEHIRA, Kenji3 ; MOCHIZUKI, Kimihiro2 ; SAKAI, Shin’ichi2 ;SHIOBARA, Hajime2 ; SHINOHARA, Masanao2 ; KANAZAWA, Toshihiko3
1
1

神戸大学大学院理学研究科, 2 地震研究所, 3 防災科学技術研究所
Kobe Univ., 2 ERI, 3 NIED

Subducting hydrous oceanic plate carries water by hydrous minerals into the earth and contributes to a melt generation. Aqueous fluid dehydrated from the subducting oceanic plate plays an important role in magma generation. The Japanese Island arelocated at subduction zones where the Philippine Sea plate subducts from the southeast beneath the Eurasian plate and the Pacificplate descends from the east beneath the PHS and the Eurasian plates. To understand the water circulation and magmatism, a huge
number of seismic tomography studies have been conducted in the Japan Island. However, a regional tomography using the land
seismic station data could not reveal the deep seismic structure beneath the Japan Sea. The information of the deep mantle wedge
structure is important to understand transportation and circulation of water and melt generation in subduction zones. Therefore,
we conducted the repeating long-term seismic observations using Long-term ocean bottom seismometer(LT-OBS)s in the central
Japan Sea from 2001 to 2004 and from 2013 to 2014. We apply travel-time tomography method to the regional earthquake andteleseismic arrival-data recorded by LT-OBSs and land stations. We obtained the P and S wave tomographic images down toa depth of 300 km beneath the Japan Sea. The tomographic P-wave image has a high velocity anomaly in the mantle wedge
extending down to a depth of approximately 150 km beneath the Yamato Basin. In addition, the resulting tomographic image has
three low-velocity anomalies in the mantle wedge. First, an inclined low velocity anomaly approximately parallel to the Pacificslab within the mantle wedge is observed in the around 100 km upper part of the Pacific slab. Second, low velocity anomalies areimaged at a depth of 150 km beneath northeastern Japan and 250 km beneath central Japan. Third, a low velocity zone is imaged
from just above the subducting Pacific slab at a depth of 300 km. These low velocity anomalies are interpreted to be represented
melt production affected by the fluid dehydrated from Pacific slab. The depth of dehydration from subducting slab is consistent
with the results of numerical modeling studies. Our observations suggest that deep dehydration from the Pacific slab occurs at a
depth of approximately 300 km and the Pacific plate subduction drives a large-scale upwelling flow beneath the Japan Sea.

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会場:201A

時間:5 月 24 日 12:30-12:45

沈み込み帯におけるスラブの脱水とメルトの形成
Slab dehydration and melt generation in subduction zones
石井 和彦 1∗ISHII, Kazuhiko1∗
1
1

大阪府立大学大学院理学系研究科
Graduate School of Sceiences, Osaka Prefecture University

沈み込み帯で起こる地震・火山活動や変成作用を総合的に理解するために、地球物理学的・岩石学的な実験・観測・解析のほか、それらから得られる多様な情報を相互に関連づける様々な数値モデリングが行われている。沈み込み帯ではスラブやマントルウェッジの脱水・加水・溶融・固結に加え、流体の移動や流体による粘性の変化（部分溶融・加水軟化）など、様々な過程が相互に関連しながら起こるため、各過程を個別にではなく総合的に理解する必要がある。本講
演では、昨年の連合大会で紹介した数値モデル（スラブの脱水、マントルウェッジの加水・脱水、マントルウェッジの部
分溶融、メルトと H2O 流体の移動、温度・含水量・部分溶融度に依存したかんらん岩の流動則を考慮）をさらに改良し、分別溶融の効果を含めて計算した結果を報告する。
計算結果には以下のような特徴が認められる。1）マントルウェッジの背弧側からレルゾライトが流入し、火山弧の下でメルトを形成分離したハルツバージャイトがスラブとともに沈み込んでいく。2）メルトの組成や溶融度の分布はかんらん岩の枯渇度とスラブの脱水による水の供給に依存する。
また、スラブ（海洋地殻とスラブマントル）含水量の違いがどのようにメルトの分布に影響するかについても議論する。

キーワード: 沈み込み帯, スラブの脱水, 分別溶融
Keywords: subduction zones, slab dehydration, fractional melting

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会場:201A

時間:5 月 24 日 14:15-14:30

沈み込みチャネルとマントルウェッジの炭素を含む塩水
Carbon-bearing saline fluids in the subduction channel and mantle wedge
川本 竜彦 1∗
KAWAMOTO, Tatsuhiko1∗
1
1

京都大学理学研究科地球熱学
Inst Geotherm Sci, Grad School Sci, Kyoto Univ

We find C-bearing saline fluids in the subduction channel and mantle wedge. Saline fluids are found with or without methanein jadeitites of serpentinite melanges located in Southwest Japan [Mori, Shigeno, Kawamoto, Nishiyama, in progress]. Carbon
dioxide-bearing saline fluid inclusions are also reported from sub-arc mantle peridotite xenoliths: 3.7 wt% NaCl in Ichinomegata
lherzolites, Northeast Japan arc [Kumagai et al., 2014] and 5.1 wt% NaCl in Pinatubo harzburgites, Luzon arc [Kawamoto et al.,2013]. These findings indicate that aqueous fluids in the subduction channel and mantle wedge can contain certain amounts of C
and Cl.
We suggested that separation of slab-derived supercritical fluids into aqueous fluids and melts plays an important role inelemental transfer from subducting slab to the mantle wedge [Kawamoto et al., 2012]. It is, therefore, important to determine theeffect of Cl on the trace element partitioning between aqueous fluids and melts. Synchrotron radiation X-ray fluorescence (XRF)
analysis is conducted to know Rb, Sr, and Pb partitioning between aqueous fluids and melts simultaneously at high-temperatureand high-pressure conditions. There is a positive correlation between partition coefficients and pressure, as well as salinity[Kawamoto et al., 2014]. Two slab-derived components, melt and fluid components, are suggested to explain trace element
characteristics of arc-basalts in the Mariana arc [Pearce et al., 2005]. The fluid component is characterized by enrichment ofalkali, alkali earth elements, and Pb. Such features can be explained if the fluid component is a saline fluid, because alkali earth
elements and Pb are much less mobile with Cl-free fluids than Cl-rich fluids [Kawamoto et al., 2014].
We suggest that slab-derived components have compositional features consistent with a saline fluid and a melt, which can beformed through a separation of a slab-derived supercritical fluid [Kawamoto et al., 2012, 2014]. Slab-derived supercritical fluids
contain Cl, and separated aqueous fluids inherit much of the Cl and some of the large-ion lithophile elements. Dissolution ofcarbon materials into aqueous fluids is enhanced by the salinity [Newton and Manning 2002] and their species can be controlledby oxygen fugacity.
Reference
Kawamoto T., Kanzaki M., Mibe K., Matsukage K. N., Ono S., 2012, Separation of supercritical slab-fluids to form aqueous
fluid and melt components in subduction zone magmatism. Proceedings of the National Academy of Sciences, U. S. A., 109,
18695-18700.
Kawamoto T., Yoshikawa M., Kumagai Y., Mirabueno M. H. T., Okuno M., Kobayashi T., 2013, Mantle wedge infiltrated withsaline fluids from dehydration and decarbonation of subducting slab. Proceedings of the National Academy of Sciences, U. S.
A., 110, 9663-9668.
Kawamoto T., Mibe K., Bureau H., Reguer S., Mocuta C., Kubsky S., Thiaudiere D., Ono S., Kogiso T., 2014, Large ion
lithophile elements delivered by saline fluids to the sub-arc mantle, Earth, Planets and Space, 66, 61.
Kumagai Y., Kawamoto T., Yamamoto J., 2014, Evolution of carbon dioxide bearing saline fluids in the mantle wedge beneaththe Northeast Japan arc, Contributions to Mineralogy and Petrology, 168, 1056.
Newton, R.C. and Manning, C.E., 2002, Experimental determination of calcite solubility in H2 O-NaCl solutions at deep
crust/upper mantle pressures and temperatures: implications for metasomatic processes in shear zones. American Mineralogist,
87, 1401-1409.
Pearce J. A., Stern R. J., Bloomer S. H., Fryer P., 2005, Geochemical mapping of the Mariana arc-basin system: Implications
for the nature and distribution of subduction components. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 6, Q07006.

キーワード: 水流体, 流体包有物, 島弧マグマ
Keywords: aqueous fluid, fluid inclusion, arc magma

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会場:201A

時間:5 月 24 日 14:30-14:45

沈み込み帯の水挙動とマグマの生成
Behaviour of subducted water and its role in magma genesis
木村 純一 1∗ ; 中島 淳一 2
KIMURA, Jun-ichi1∗ ; NAKAJIMA, Junichi211（独）海洋研究開発機構, 2 東北大学
JAMSTEC, 2 Tohoku University

Water at subduction zones is carried to mantle depths by the subducting oceanic plate and then released by dehydration. It
then migrates upwards and contributes to melting of the mantle wedge to form primary arc magma. The magma thus captures
and transfers water to the crust, or outgasses water to the atmosphere. Water, either in fluids or melts in both the slab and the
mantle, promotes the dissolution and mobilization of elements and affects the physical properties of the sub-arc slab, mantle,
and seismicity. In this paper, we present a coherent model to explain the geophysical and geochemical role of water beneath NE
Japan. We first investigate the seismic structures of the downgoing slab and sub-arc mantle and examine the role of subductedwater in forming these structures. We then use the Arc Basalt Simulator version 4, a petrological-geochemical model developed
to describe the geochemical behaviours of water and elements in the slab, mantle, and arc basalt. Parameters governing thesepetrogenetic processes are also estimated by the model and compared to geophysical observations. The combined approachshows that (1) subducted sediment and igneous oceanic crust are almost fully hydrated, whereas only partial hydration occurs in
the oceanic mantle; (2) this high slab water content leads to melting of the slab sediment and the uppermost basalt layer beneaththe arc; (3) the released water via slab liquid promotes 3?25% melting of the mantle wedge at a depth of 50?30 km at a mantle
temperature of 1250?1350 ° C; (4) virtually 89% of slab water is released, 22% of the water returns to the forearc, and 38%
enters the arc crust with the magma; and (5) 11% of the subducted water retained beyond a depth of 180 km is held in the slab,
and 29% in nominally anhydrous minerals in the wedge mantle.
キーワード: 沈み込み帯, 水, マグマ
Keywords: Subduction zone, Water, Magma

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MIS35-17

会場:201A

時間:5 月 24 日 14:45-15:00

上部マントル深部への水の輸送と含水下でのマントル残留岩
Water carrier in the Earth’s deep upper mantle and residues under hydrous condition
松影 香子 1∗
MATSUKAGE, Kyoko N.1∗
1
1

神戸大学地球惑星科学
Earth and Planetary Sciences, Kobe University

マントルの大規模な物質移動とそれに伴う化学分化あるいは均質化を担うのは、主にケイ酸塩メルトや水などの流体である。特に地球内部物質の物性やマグマの発生に大きな影響を及ぼす水は、主に火山活動に伴い地球内部から表層に放出される一方、沈み込み帯で含水鉱物となってプレートと共に地球内部へと戻ってゆく。地球内部、特にウェッジマ
ントル深部の物質に対する水の影響を明らかにするため、マルチアンビル型高温高圧発生装置を用いた含水カンラン岩、
含水玄武岩の相平衡実験を行った。その結果をもとに、(1) 上部マントル深部へ水がどのように運搬保持されるのか、(2)
水がマントル中に流体として放出されたときにマントル物質をどのように変化させるのか、を議論する。地球内部に運ばれる水の多くは、温度上昇と共に脱水し、約 2-4 GPa 以上の圧力では第２臨界終端点を超えた超臨界流体としてマントルウェッジに放出される。大部分の水はマントル浅部で脱水して地表に流出してしまうが、その一部はさらに深部のマントル遷移層へと運ばれる。そして，ウォズリアイトの方がカンラン石に比べて水の最大固溶量が高いため、もし遷移層が含水化していればマントル対流等によって遷移層の物質が上部マントルへ上昇した時にウォズリアイトが脱水して水を放出すると考えられる。上部マントル物質に対するこのような水の影響を調べるため、水に飽和した系でのレ−ルゾラ
イトの部分融解実験を圧力 3 − 8GPa、温度 1100 − 1600 ℃の範囲で行った [1]。その結果、含水条件下で形成される残留岩は、無水の場合と比較すると、同じ融解度においてカンラン石に乏しく斜方輝石やザクロ石に富み、Mg#も高くな
る事がわかった。また、水を含む事によって部分融解開始温度は地球の平均地温勾配の温度よりも有意に低くなるため
ウェッジマントルの温度でもカンラン岩は含水部分融解を起こしてそれに伴う組成改変を受けると考えられる。つまり、現在の沈み込み帯近傍の上部マントル深部で Mg#が高く斜方輝石成分（= SiO2 成分）に富んだ クラトンマントルに類似した ハルツバーガイトが形成されている可能性が高いと考えられる。白亜紀以前においては、3GPa 以上の非常に深い所からマントル捕獲岩を捉えて上がってくるマグマとしてキンバーライトが存在した。しかし現在ではそのような深部起源のマグマは噴出しておらず、現在の上部マントル深部物質を直接手に入れて記載岩石学的にこの仮説を証明するのはかなり難しい。一方、地震学的研究によって、沈み込み帯や南太平洋，南アフリカの一部地域において深さ 200 − 300
km でなぞの不連続面（X 不連続面）が観測されており、斜方輝石の高圧相転移によるものではないかという説がある。
含水条件では融け残り側に斜方輝石が多く残存するという実験結果から、この X 不連続面の存在が上部マントル深部での局所的な含水部分融解の状況証拠の一つであると考える事も可能である [2]。[1] Matsukage and Kawasaki (2014) Earth,Planets and Space 66, 29. [2] 松影香子 (2015) 地学雑誌、印刷中.
キーワード: 含水融解実験, 高温高圧, ウェッジマントル, 斜方輝石, クラトン, X 不連続面
Keywords: Hydrous melting experiments, high-pressure and high-temperature, wedge mantle, orthopyroxene, craton, X discontinuity

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会場:201A

時間:5 月 24 日 15:00-15:15

背弧海盆下の上部マントル比抵抗構造が示唆する沈み込むスラブからの水放出
Water release from subducting slab inferred by upper mantle electrical resistivity structures beneath back-arc basins
島 伸和 1∗ ; 松野 哲男 2
SEAMA, Nobukazu1∗ ; MATSUNO, Tetsuo2
1
1

神戸大学大学院理学研究科惑星学専攻, 2 東京大学地震研究所
Department of Planetology, Kobe University, 2 Earthquake Research Institute, University of Tokyo

We present and compare four 2-D electrical resistivity structures of the upper mantle beneath three back-arc basins; the Lau
Basin, the southern Mariana Trough, and the central Mariana Trough. The magnetotelluric (MT) method is a base to estimate
upper mantle resistivity structures. The electromagnetic variation data on the ocean bottom were obtained from observations
using OBEM (Ocean Bottom Electro-Magnetometer) and OBM (Ocean Bottom Magnetometer). We carried out the time-series
data analysis is to estimate the MT responses and corrected topographic distortions in the MT responses. We have basically
performed a smooth model inversion analysis using the processed MT responses to estimate a resistivity structure with minimum
model smoothness, and also have considered a prior constraint in the inversion analysis for the subducting slab inferred from aseismic research. In the Lau back-arc basin, we obtained 12 months length data by 2 OBEMs and 7-9 months length data by 11
OBMs on the 2 observation lines across eastern Lau spreading center at 19.7 S and 21.3 S; the length of both observation lines
are 150 km. It is worth noting that it is the first experiment to use OBSMs (ocean bottom seismograph with magnetometer); thatis OBM attached to ocean bottom seismograph. Matsukura (2014) analyzed these data to derive 2-D upper mantle resistivity
structures beneath the two observation lines. In the southern Mariana Trough back-arc basin, we carried out an electromagnetic
observation along a 120 km length observation line across the spreading axis, and we obtained about 85 days length data by two
OBEMs and for about 60 days by six OBEMs. Shindo (2013) reported preliminary results from these data, and we reanalyzed
the data to derive a 2-D upper mantle resistivity structure beneath the observation line. We also compared these structures witha 2-D upper mantle resistivity structure beneath the central Mariana subduction system including the central Mariana Troughback-arc basin (Matsuno et al., 2010). All the 2-D upper mantle resistivity structures beneath three back-arc basins indicate thatthe mantle resistivity directly above the resistive subducting slab start decreasing at a characteristic depth; conductive region ofless than 50 ohm-m exists at the deeper region. The depth is 140 km except 60 km for the central Mariana Trough back-arc basin
where the subducting slab is so steep that the conductive region has ascended nearly vertically to the shallower depth or that thevertical resolution could not be good enough. This result suggests that the conductive region of less than 50 ohm-m is probably
due to water release from the subducting slab and that the water release becomes dominating in the mantle above the slab when
the slab reaches 140 km depth.
キーワード: 水, 沈み込むスラブ, 上部マントル比抵抗構造, 背弧海盆
Keywords: water, subducting slab, upper mantle electrical resistivity structure, back-arc basin

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MIS35-19

会場:201A

時間:5 月 24 日 15:15-15:30

ソサエティー・ホットスポットの上部マントル 3 次元電気伝導度構造
3-D electrical conductivity image of the upper mantle beneath the Society hotspot
多田 訓子 1∗ ; Tarits Pascal2 ; 馬場 聖至 3 ; 笠谷 貴史 1 ; 末次 大輔 1 ; 歌田 久司 3
TADA, Noriko1∗ ; TARITS, Pascal2 ; BABA, Kiyoshi3 ; KASAYA, Takafumi1 ; SUETSUGU, Daisuke1 ;UTADA, Hisashi31

海洋研究開発機構, 2 Institut Universitaire Europeen de la Mer, 3 東京大学地震研究所
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technolog, 2 Institut Universitaire Europeen de la Mer, 3 Earthquake Research Institute, The University of Tokyo
1

The mantle upwellings are one of the most important features for understanding the mantle dynamics. A large-scale mantle
upwelling beneath the French Polynesia region in the South Pacific has been suggested from seismic studies, which is called theSouth Pacific superplume. Nolasco et al. (1998) carried out magnetotelluric (MT) survey around the Society hotspot, which isone of the hotspots in the French Polynesia region, in order to estimate electrical conductivity structure beneath and the vicinityof the Society hotspot in two-dimension. This previous study is not enough to understand the geometry of the hotspot, because
the hotspot is tubed like form according to the results from the seismic study. Moreover, Suetsugu et al. (2009) suggested thatthe slow velocity anomaly continues from the lower mantle to the uppermost upper mantle just beneath the Society hotspot. The
geometry, temperature, and composition of the Society hotspot remain controversial, however, due to still insufficient accumulation of the geophysical data.
Then, we carried out the TIARES project that composed of multi-sensor stations that include broadband ocean bottom seismometers, ocean bottom electromagnetometers (OBEMs), and differential pressure gauges from 2009 to 2010. To obtain threedimensional (3-D) image of the upwelling of the Society hotspot in terms of electrical conductivity, we newly settled eleven
OBEMs and obtained MT responses at 20 sites totally. A 3-D marine MT inversion program, which can treat topographic change
distorting EM data, was applied to these MT responses to estimate 3-D electrical conductivity image. The result detected a conductive anomaly elongating from the mantle transition zone to the uppermost upper mantle just below the Society hotspot. Thisfeature is consistent with the slow velocity anomaly obtained from the surface wave tomography (Suetsugu et al., 2009). We calculated differences in temperature between the conductive anomaly and the surrounding mantle using conductivity-temperature
relationship for dry olivine based on laboratory measurements. The resultant temperature difference is about 400 K at the depthof around 100 km, which is much larger than that estimated from a past seismic study. These results might imply that the effectsof partial melt and/or volatiles are necessary in order to explain the high electrical conductivity anomaly beneath the hotspot.
キーワード: ホットスポット, 海底 MT 法, 電気伝導度, 3 次元インバージョン解析, フレンチポリネシア
Keywords: hotspot, marine magnetotellurics, electrical conductivity, three-dimensional inversion, the French Polynesia

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MIS35-20

会場:201A

時間:5 月 24 日 15:30-15:45

マントル電気伝導度構造の定量的解釈
Quantitative interpretation of electrical conductivity structure of the mantle
馬場 聖至 1∗
BABA, Kiyoshi1∗
1
1

東京大学地震研究所
Earthquake Research Institute, The University of Tokyo

マグネトテルリック (MT) 探査に基づくマントルの電気伝導度構造研究では、しばしばマントル中の水の量が議論される。これはマントル構成鉱物の電気伝導度が鉱物中に溶解したごく少量の水に感度があると考えれるからであるが、電気伝導度は、温度や、部分溶融している場合にはメルト量やメルトのつながり具合にも強く依存する。したがって、電気伝導度からのみでは、これらのパラメータの効果を分離することは不可能で、他の独立な情報を用いて解釈することが必要不可欠である。
本公演では、海底 MT データから見積もられた電気伝導度構造の定量的な解釈を目指した、最近の研究成果を紹介する。鍵となるのは、1) 解釈をする上での作業仮説あるいは検証するモデルを絞ること、2) 温度と部分溶融の関係を矛盾無く組み込むことである。海洋上部マントルの場合、年代に伴うリソスフェアの冷却モデルを検証することは道理的であろう。水深や地殻熱流量の年代に対する変化は、半無限均質媒体あるいは有限の厚さを持つ板を冷却する温度構造モデ
ルでよく説明されているので、電気伝導度構造がそのような温度構造に依存していることは十分考えられる。本研究では、リソスフェア年代、マントルのポテンシャル温度、熱伝導度層の厚さをパラメータとしたプレート冷却温度構造モ
デルから予測される 1 次元電気伝導度構造について検証する。部分溶融過程は、マントル岩石のソリダス温度と、水や二酸化炭素を含むことによるソリダス温度の降下に関するモデルを適用し、ある温度、水、二酸化炭素の量が与えられたときに、メルトが安定に存在できるか、存在できるとしたらどの程度の量かを検証する。そのうえで、含水オリビンと水と二酸化炭素を溶解したメルトについての電気伝導度測定実験の結果を適用して電気伝導度構造を計算する。さらに電気伝導度構造から MT データを再現し、観測された MT データとの残差を統計的に検定する。この手法により、電気伝導度を支配する複数のパラメータがデータを説明する範囲で取り得る値とパラメータ間のトレードオフ関係を定量的に見積もることが可能である。実データへの適用例として、北西太平洋マントルの解釈について紹介する。
トレードオフ関係を絞り込み、各パラメータをより強く拘束するためには、地震波速度など他の観測データとの同時解釈が必要で有り、これは今後取り組むべき課題である。
キーワード: 海洋上部マントル, マグネトテルリック法, 電気伝導度構造, 水, 部分溶融, 二酸化炭素
Keywords: oceanic upper mantle, magnetotellurics, electrical conductivity structure, H2O, CO2, partial melt

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