火山 第 48 巻 (2003)
第 1 号 63ῌ67 頁

寄 書

海水中のメタンを指標に用いた
三宅島周辺海底における火山活動調査の結果について
土 岐 知 弘῍῎角 皆潤῍῎蒲 生 俊 敬῍῎皆 川 昌 幸῍῍ῑ2001 年 3 月 21 日受付ῌ 2003 年 1 月 3 日受理ῒGeochemical Exploration of Volcanic Activity on the Sea Floor Using CH4 as a Tracer:
Miyakejima Volcano, Izu-Bonin Arc, JapanTomohiro TD@>῍, Urumu THJCD<6>῍, Toshitaka G6BD῍ and Masayuki M>C6@6L6῍῍In June 2000, several eruptions occurred on Miyake-jima Island, accompanied by volcanic and/or hydrothermal activity o#shore from the island. In January 2001, water samples were collected from ﬁve stations aroundthe island in order to reveal the existence of volcanic activity on the seaﬂoor in the area. Concentrations and stablecarbon isotopic compositions of dissolved methane in the water samples, however, showed no sign of submarine
volcanic activity over the area. These results indicate that the submarine volcanic activity in the area was not insteady state at least during the sampling program.
1. は じ め に口付近に散乱した岩片の間から熱水の噴出が確認された

伊豆七島の三宅島は 2000 年 6 月にῌ 17 年振りに活発ῑ白尾῎他ῌ 2000ῒ῍ 三宅島における今後の火山活動の推な火山活動を再開した῍ 2000 年 9 月以降は顕著な噴火は移を考察する上でῌ このような海底噴火ῌ あるいは海底なくなったがῌ なお火山ガスの放出は続いている῍ とくにおける火山性流体噴出 ῑとそれに伴うガスの発泡現にῌ 人体に有害な二酸化硫黄ガスの放出は世界的に見て象ῒ の有無を明確にしておくことは重要である῍

も最大級の規模である ῑ宮城῎他ῌ 2001ῒ῍ この三宅島に高温で還元的な火山性流体中やその噴出に伴って発泡おける噴火で特徴的だったのはῌ 山頂の噴火活動の他にしたガス中にはῌ 一般にメタンが豊富に含まれている

西 方 沖 の 洋 上 ῑ北 緯 34 度 5.4 分ῌ 東 経 139 度 27.9 分῏(Welhan and Craig, 1983; Mottl et al., 1995)῍ 一方ῌ 酸化Fig. 1ῒ で変色水や気泡が観測されたことである῍ これは環境である海水中ではῌ 大気中のメタンとほぼ平衡かそ

小規模な海底噴火活動あるいは海底における火山性流体

れ以下の低い濃度 ῑ海水 1 kg 中に数 nmol 程度ῒ でしか噴出が原因であると考えられる ῑ林῎他ῌ 2000ῒ῍ 変色水

存在しない (Scranton and Brewer, 1978)῍ またῌ メタンが確認された位置付近 ῑ北緯 34 度 5.2 分ῌ 東経 139 度の炭素同位体比を用いてῌ 火山性流体やその噴出に伴っ28.1 分ῌ 水深 85 m; Fig. 1ῒ において海底火口列が確認て発泡したガスを起源とするメタンかどうかを判別できされῌ 無人潜水艇によって同火口列を観察した結果ῌ 火る (Schoell, 1980; Whiticar, 1990).
本研究ではῌ 三宅島周辺海底における火山性流体噴出῍ ῕060ῌ0810 札幌市北区北 10 条西 8 丁目
北海道大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻
Division of Earth and Planetary Sciences, Graduate
School of Science, Hokkaido University, N10 W8,
Kita-ku, Sapporo, Hokkaido 060ῌ0810, Japan.
῍῍ ῕236ῌ8648 横浜市金沢区福浦 2ῌ12ῌ4
中央水産研究所海洋生産部海洋放射能研究室
Radioecology Section, Marine Productivity Division,
National Research Institute of Fisheries Science,
Fukuura 2ῌ12ῌ4, Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa 236ῌ8648, Japan. Corresponding author: Tomohiro Toki, e-mail: toki@ep.sci.hokudai.ac.jpとそれに伴うガスの発泡現象の有無を調べることを目的としてῌ 三宅島周辺海水中のメタン濃度と炭素同位体比を測定した῍
2. サンプリング

中央水産研究所漁業調査船蒼鷹丸による ΐ三宅島火山活動に伴う漁場環境調査第 3 次航海 (2001.1.11ῐ1.13)῔
においてῌ 三宅島東方域を除くῌ Fig. 1 に示した 5 つの測点でῌ 各層の海水を 2.7 L ニスキンボトルを用いて採取した῍ かつて変色域の存在した地点でのサンプリング土岐知弘 角皆 潤 蒲生俊敬 皆川昌幸

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Fig. 1. Map showing the sampling stations of sea water (: this study), together with locations of the colored seawater ( ) and seaﬂoor craters ( ) (Shirao et al., 2000).
図 1. 本研究によるサンプリング測点 および変色水と海底火口列の観測地点 白尾 他 2000  サンプリング測点
変色水観測地点
海底火口列観測点

は立ち入り制限のため実行できなかったが 約 5 km 南大学においてパジトラップ型の抽出ラインとこれに西の地点で採水を行った 海水サンプルは船上で直ちに連続したガスクロマトグラフ燃焼同位体比質量分析計

内容積 120 cc のガラス製バイアル瓶に分取 分注器によ(Finnigan MAT 252) を用いて測定を行った キャリ

り飽和塩化水銀溶液 1.0 ml を添加し 気泡が入らないよアガスとして超高純度ヘリウムを用いサンプルをパ

うに注意してブチルゴム栓およびアルミシルで密栓しジし (100 ml/min) 液体窒素温度で Porapak-Q カラムにた 温度変化による容器の破損を防ぐために冷暗所で測メタンを濃集した これを高温で脱着し Ascarite および定まで保存した

Drierite を通して脱水し 液体酸素温度の Porapak-Q カラムに再濃集した そして クライオフォカスを行っ
3. メタン濃度および炭素安定同位体比の測定た上で PoraPLOT-Q カラムのガスクロマトグラフィ

Tsunogai et al. (2000) に示された手法により 北海道で精製した 最後に CuO 酸化炉 (960) Pt 触媒 を海水中のメタンを指標に用いた三宅島周辺海底における火山活動調査の結果について

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Fig. 2. Vertical distributions of concentration and carbon isotopic composition of methane, together with those oftemperature and salinity at Site 1 (ῒ: concentration of methane, ῑ: isotopic composition of methane).
図 2. メタン濃度および炭素同位体比鉛直分布と測点 1 における海水の水温と塩濃度鉛直分布 ῏ῒ῎ メタン濃度ῌ ῑ῎ メタン炭素同位体比ῐ῍土岐知弘角皆 潤蒲生俊敬皆川昌幸

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通して CO2 に酸化した上で 同位体比質量分析計に導(Fig. 2) したがって 各サンプリング地点の数 km 程度入して メタン濃度および炭素同位体比を測定した 同の範囲内で火山性流体噴出とそれに伴うガスの発泡現象

位体比の測定精度は 0.3 であり 濃度の測定精度はは定常的に起こっていなかったと考えられる

3% である メタン濃度は 標準ガス CH4 濃度 550ppm を用いて校正した 炭素同位体比は 常法によりd C 値 d C()13136. 結論

今回採取されたすべての海水サンプルにおけるメタン

(13C/12C)試料中CH4/(13C/12C)PDB標準1濃度および炭素同位体比の鉛直分布は 大気からの供給

1,000とバクテリアによるメタン酸化分解のみによって説明がで表示したつくものであり 海底火山活動の影響は認められない(Fig. 2) このことから 三宅島周辺海底において サン

4. 結

果

プリングをした 2001 年 1 月に定常的な海底火山活動は三宅島周辺海水中のメタン濃度および炭素同位体比の起こっていなかったものと結論できる

鉛直分布を 5 つの測点で比較して図 2 に示した これによると すべての測点において表層 150 m 付近までは謝

大気平衡付近の濃度および炭素同位体比をもつメタンが本研究で用いた海水サンプルの採取にあたって 中央分布している 同時に測定した水温と塩濃度の鉛直分布

水産研究所の方および蒼鷹丸の船長をはじめとする乗デ タ 図 2 から これは表面混合層がこの付近の深さ組員の方に様なご便宜 ご協力をいただいた またまで発達しているためであると考えられる 200 m 以深査読者諸氏には有益なコメントをいただいた これらのにおいてメタン濃度は減少していくが これは大気を主方に深く感謝の意を表する

辞な起源とするメタンがバクテリアによって酸化分解されるためであると考えられる 同位体比にもバクテリアに引用文献よるメタン酸化反応の際の同位体分別効果によって 炭

Cheminee, J. -L., Sto#ers, P., McMurtry, G., Richnow, H.,
Puteanus, D. and Sedwick, P. (1991) Gas-rich submarine
exhalations during the 1989 eruption of MacdonaldSeamount. Earth Planet. Sci. Lett., 107, 318῍327.
Evans, W. C., White, L. D. and Rapp, J. B. (1988) Geochemistry of some gases in hydrothermal ﬂuids from theSouthern Juan de Fuca Ridge. J. Geophys. Res., 93(B12),
15,305῍15,313.
林信太郎  松島 健  木股文昭 (2000) 2000 年 6 月 27日に三宅島西方沖に出現した変色水の観察 2000 年度
日本火山学会秋季大会講演予稿集 149.
Mottl, M. J., Sansone, F. J., Wheat, C. G., Resing, J. A.,
Baker, E. T., and Lupton, J. E. (1995) Manganese andmethane in hydrothermal plumes along the East PaciﬁcRise, 840῎ to 1150῎N. Geochimica et Cosmochimica
Acta, 59, 4147῍4165.
宮城磯治東宮昭彦星住英夫伊藤順一川邉禎久
佐藤久夫  斉藤元治  濱崎聡志  中野 俊  高田亮山元孝広宇都浩三森下祐一木多紀子(2001) 三宅島 2000 年噴火ῌ噴出物編ῌ 地質ニュス 557, 7῍13.
Schoell, M. (1980) The hydrogen and carbon isotopic
composition of methane from natural gases of various
origins. Geochimica et Cosmochimica Acta, 44, 649῍661.
Scranton, M. I. and Brewer, P. G. (1978) Consumption ofdissolved methane in the deep ocean. Limnology andOceanography, 23, 1207῍1213.
白尾元理中田節也金子隆之長井雅史鴨野岳人
下司信夫野上健治平林順一金沢敏彦 (2000) 三
宅島 2000 年噴火でできた海底火口群の潜水艇観察
2000 年度日本火山学会秋季大会講演予稿集 5.

素同位体比の重いメタンが相対的に多くなっていく様子が示されており 本見解を支持している しかし 濃度分布にも同位体分布にも海底における火山性流体噴出とそれに伴うガスの発泡現象を示唆するものは見当たらなかった
5. 考察

1989 年 1 月に噴火したマクドナルド海山では 水深156 m の頂上海底においてガスの発泡現象が確認された(Cheminée et al., 1991) さらに 噴火の 8 日後から 1 カ月以内に頂上直上およびその周辺海域において計 18 点の海水採取を行い そのうち最大 57 km 離れた 13 点においてメタン濃度異常 ( 9 nmol/kg) が観測されている (Cheminée et al., 1991; Stüben et al., 1992) また 火山
性流体中やその噴出に伴って発泡したガス中に一般に認められるマグマ起源のメタンの炭素同位体比は一般に20よりも大きい (Welhan and Craig, 1983; Evans etal., 1988; Welhan, 1988; Tsunogai et al., 1994) 本研究では 序論において述べた変色水の観測された位置から約5 km の地点 測点 9 で 2001 年 1 月 変色水確認の 7 カ月後に相当 に採取した海水サンプルでもメタン濃度および炭素同位体比鉛直分布を明らかにしたが それにもかかわらずこの測点でも海底における火山性流体噴出とそれに伴うガスの発泡現象の影響は認められなかった海水中のメタンを指標に用いた三宅島周辺海底における火山活動調査の結果について
Stüben, D., Sto#ers, P., Cheminée, J. -L., Hartmann, M.,
McMurtry, G. M., Richnow, H. -H., Jenisch, A. andMichaelis, W. (1992) Manganese, methane, iron, zinc,and nickel anomalies in hydrothermal plumes from Teahitia and Macdonald volcanoes. Geochim. Cosmochim.
Acta, 56, 3693ῌ3704.
Tsunogai, U., Ishibashi, J., Wakita, H., Gamo, T., Watanabe, K., Kijimura, T., Kanayama, S. and Sakai, H.
(1994) Peculiar features of Suiyo Seamount hydrothermal ﬂuids, Izu-Bonin Arc: Di#erences from subaerial
volcanism. Earth Planet. Sci. Lett., 126, 289ῌ301.
Tsunogai, U., Yoshida, N., Ishibashi, J. and Gamo, T.
(2000) Carbon isotopic distribution of methane in deepsea hydrothermal plume, Myojin Knoll Caldera, Izu-67

Bonin arc: Implications for microbial methane oxidationin the oceans and applications to heat ﬂux estimation.
Geochim. Cosmochim. Acta, 64, 2439ῌ2452.
Welhan, J. A. (1988) Origins of methane in hydrothermalsystems. Chemical Geology, 71, 183ῌ198.
Welhan, J. A. and Craig, H. (1983) Methane, hydrogen,helium in hydrothermal ﬂuids at 21῎N on the East Paciﬁc
Rise. In Hydrothermal Processes at Seaﬂoor Spreading
Centers (Rona, P. A. ed.), 391ῌ406, Plenum Press, N. Y.
Whiticar, M. J. (1990) A geochemical perspective of natural gas and atmospheric methane. Organic Geochemistry,
16(1ῌ3), 531ῌ547.
ῌ編集担当 石橋純一郎῍