研究会報告：Workshop on Martian Young Volcanism／栗田159

研究会報告：Workshop on Martian YoungVolcanism栗田 敬

地球の半分ほどの大きさの火星は，地球と較べて現1

1. 最近の研究の現状

在の内部活動度は低く，より進化の進んだ，冷却の進行した天体と考えられてきた．タルシスなどに存在する巨大火山の活動度は最近の 10 億年ほどの間に低下

1.1

火成活動の変遷について：してきたことが山体のクレーター年代学の解析から明栗田敬（東 京 大 学 ），D.Baratoux（Midi Pyrenees

らかにされ [1], 熱史のシミュレーション結果 [2] とも調

Obs., France) により火星の火成活動の特徴，その時間和的である．一方近年これらの見方とおおきく矛盾す的な変遷などのレビュー報告があった．オリンポスモる観測事実が明らかになってきた．それは , １）極めンスをはじめとする巨大シールド火山のマグマが基本て若い年代を示す特異な溶岩流の存在 [3]，と２）フォ的には地球におけるホットスポット火山と同等な玄武ボスの軌道変動から見積もられた火星マントルの大き岩であること，ガンマ線スペクトルの解析からマグマな散逸量 [4]，である．両者は現在の火星のマントルの化学組成が年代とともに系統的に変化していること，が融点に極めて近い状態にあることを示唆しており，pMELTS などのプログラムを用いてマグマ組成変動「冷却の進行した火星」という今までの描像とは矛盾を推定すると，融解が時代が新しくなるにつれて深いしたものである．現在この若い火山活動の存在は火星領域へ移行と同時に融解の程度が減少している，と言の内部状態や内部の熱的進化を考える上で一つのキーう系統的な変化が報告された．

ポイントとなりつつある．このような問題意識を共有し て，7 月 18 日 に 小 規 模 な 研 究 集 会「Workshop on  1.2

若い火山活動について：Martian Young Volcanism」が東京大学地震研究所に

詳 細 な 研 究 が 進 め ら れ て い る Central Elysium

於いて開かれた．研究集会では研究成果の発表というPlanitia の溶岩流の年代，地形学的な特徴，溶岩流のよりは現状の認識と今後この問題をどのように理解し給源域などが栗田敬，D.Baratoux，野口里奈（東京大ていくべきか，と言う研究展開に関する議論に焦点を学）により紹介された．形成年代は極めて若く，噴出絞った．本報告では研究集会で議論された重要なポイ溶岩は低粘性であり，そのために起伏が乏しく，地形ントを拾い出して解説をする．

的な特徴が乏しく「溶岩流」であるとの同定が困難であ っ た が， 高 解 像 度 の 画 像 に よ り Rootless Cone（pseudocrater とも呼ばれる．溶岩と水（氷？）との相互作用で形成された 2 次的爆発性小型砕屑丘）の存在が明らかにされ，高温の溶岩流であることが確定した
経 緯 が 野 口 に よ り 報 告 さ れ た． ま た こ の「Rootless1. 東京大学地震研究所
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Cone の存在」を判定基準として全球的な溶岩流の探索を行ったところ，南北半球境界の北部低地側に数得

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日本惑星科学会誌 Vol. 22, No. 3, 2013

多く存在していることが報告された．高解像度の画像

発表では精度の高いデータが提出されている SNC 隕

データが断片的であるために溶岩流と確定しているわ

石の化学組成との比較が行われたが，惑星探査データけではないが，候補地が多数見つかったことは，大きとの対比が次の期待される展開である．pMELTS にな火山体を形成しない，低粘性の溶岩流が火星には多基づきロ−バーが分析した表層玄武岩の化学組成や軌数存在している可能性を示唆している．これらのこと

道上からのガンマ線スペクトロスコピーの結果を解析

は巨大な山体を形成する火成活動とは別のスタイルのしている D.Baratoux から，現状に於いて鉄の多い系

マグマ活動：低粘性の溶岩原の形成と単成火山的性質，への適用に問題を残す pMELTS への貴重なリファレが存在していることを示している．

ンスであるとのコメントが寄せられ，今後の共同研究

1.3

潮汐散逸から推定される火星マントルの熱的状態

従来フォボスの軌道情報から火星のフォボスによって引き起こされた潮汐の散逸がおおきいことが示唆さが議論された．また D. Baratoux から鉄の多い玄武岩の粘性に関する実験的研究の紹介があった．鉄（FeO）は粘性の低下をも引き起こす．

2.3

鉄に富んだ下部地殻の安定性れてきた．Bills[4] によるフォボスの影の画像から推玄武岩は高圧でエクロジャイトに相転移するが，鉄定した潮汐散逸量（Q=86）は地球のマントルと比べての多い組成ではその相転移の圧力が低圧側にシフトすおおきな値であり，火星の内部の温度が融点（ソリダることが大森聡一（放送大学・栗田が代読）により示さス）に近いことを示唆している．栗田は同様な結果をれた．火星はサイズが小さいために内部圧力が低く，得た最近の他の研究（Lainey らの研究）も含めてレビそのためバサルト・エクロジャイト転移は起きないとューを行った．

考えられてきたが現在の地殻下部（60-80 km）で十分に2. 若い火山活動の理解のために今後焦点を当てるべき研究課題
2.1生じうることが熱力学計算により明らかになった．また南部高地の地殻の厚さがこの相転移によって決まっている可能性も示唆された．これは火星のマントルダイナミクスを考える上で極めて重要な，鍵となる研究

鉄に富んだ重い地殻結果であり更に詳細な検討が待ち望まれる．

火星の地殻の密度は重力異常の解析から 2900 kg/3m 程度とされてきたが，実はその根拠はさほど明確

2.4

下部地殻の剥離過程とマグマ生成ではない．この値は SNC 隕石から推定された値やガ下部地殻がエクロジャイトに相転移を起こせば，鉄ンマ線スペクトロスコピーから推定された火星地殻のの多いマントル組成においても十分に重くなりうる．

化学組成とも矛盾していることが D. Baratoux によりすなわち地殻下部が周囲よりも重くなることで剥離が3報告された．密度として 3100 kg/m 程度，玄武岩の生じ，レーリー・テーラー型の不安定をおこし，沈降

化学組成としては FeO 20 wt% が妥当な値であるこすることが予想される．大森の発表においても，このとが示された．また小川佳子（会津大）は重力のアドミような剥離に続き強制的に生じた上部マントルの断熱ッタンス解析に基づいた研究で表層地殻密度として上昇部分が融解を起こす可能性が示唆されている．市

33100 kg/m 程度が求まったことを報告した．このこ川浩樹（愛媛大学）
により剥離・レーリー・テーラー不とは次項で述べる下部地殻の安定性と関連して重要な安定・断熱上昇融解の可能性（空間スケールの要請・新しい知見であり，更に詳細な研究が必要とされる．

タイムスケール）に関する理論的な考察が紹介された．

2.2

鉄に富んだマントルの融解条件とメルト組成

地球の地殻において P. Molnar，H. Schmeling などがその可能性をモデリングで示しているが，地殻下部の鉄に富んだ系の高圧融解実験の結果が松影香子（京レオロジーの取り扱い，温度構造の取り扱い，3 次元

都大学）により報告された．地球のマントルペリドタへの拡張など問題が残されている．また栗田により下イトと比べソリダス温度は 100 度以上低く，メルト組部地殻の剥離駆動のマグマ生成が火星の若い溶岩流火成の圧力，温度依存性などが実験的に決められた．本成活動の原因となっている可能性が議論された．

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2.5161

なぜ厚いリゾスフェアを通過してきたマグマが初生マ

地球上の類似火山活動グマなのか？，否，むしろ厚いリゾスフェアを通過で惑星科学において常に問題となることは，「Groundきたからこそ初生マグマなのか，地球の大陸地域の玄Truth」となるデータが得にくい点である．本研究課

武岩マグマの活動と関連して興味深い．

題に則せば，地球上に同様な火山活動が存在すればそ

₃）火星のマントルダイナミクスの比較研究から得るところはおおきい．栗田はそのよ

vs. 地球のマント

ルダイナミクス

うな例としてピレネー山中の Garrotxa Volcanic Zone

地球においてはプレートテクトニクスが内部の熱輸を紹介し，その類似性を議論した．地球においては下送・物質循環をコントロールしている．とくに沈み込部地殻やリゾスフェアの剥離により生じたと想定されみ帯を通しての表層物質のリサイクリングがマントルる火山活動には米国コロラド高原の玄武岩活動やルーの化学進化を支配している．一方プレートテクトニク

マニア・カルパチア山中の玄武岩活動などがある．どスの働いていない火星においてはどのような形の熱輸のような比較研究が可能であるのか，議論された．

送・物質循環が起きているのか，興味深い．本研究会に於いて議論された剥離駆動火成活動はその一つの可能性を示唆している．地球とは異なったこの「火星シ3. 残された問題点ステム」に関して総合的な取り組み（物質科学，惑星
今回の研究集会を通して明らかになった未解決問題を以下に挙げる．
₁）厚いリゾスフェア？

探査，宇宙測地学，熱流体モデリング，，，）
が次のステップとして望まれる．

それに「保護」されている

熱いマントル？

参考文献

巨大火山や南北の極冠による荷重変形の解析からは極めて厚いリゾスフェアが推定されている．このよう[1] Werner, S. C., 2009, Icarus 201, 44.

な厚いリゾスフェアを作り出すメカニズムはなにか？

[2] Ogawa, M. and Yanagisawa, T., 2012, J. Geophys. Res.

一方アドミッタンス解析からは遙かに薄いリゾスフ

117, doi:10.1029/2012JE004054.

ェアが推定されるが，解析手法による違いは何を表し[3] Vaucher, J. et al., 2009, Icarus 204, 418.ているのか？

[4] Bills, B. et al., 2005, J. Geophys. Res. E 110, E07004.

本研究会で考察を進めた剥離駆動型火山活動が成立するためにはリゾスフェア直下のマントルには融点近傍の温度状態が必要である．またフォボスによる潮汐変形の強い散逸は同様な状態を示唆している．「厚いリゾスフェアの下の熱いマントル」を作りだしている機構はなにか？

地球のマントルダイナ

ミクスと何が異なっているのか？

火星のみならず地球の理解においても興味深い問題である．
₂）初生マグマ組成の謎？
地球上においては表層で見られるマグマは玄武岩といえどもマントルでの融解の直接的な生成物であることは珍しく，何らかの変更を受けている．その解明が
岩 石 学 の 主 要 な 課 題 で あ っ た． 火 星 に お い て は
McSween をはじめ多くの研究者が分析された玄武岩組成は初生マグマ組成に近いと考えている．今回の発表においてもガンマ線スペクトロスコピーから推定される表層地殻の玄武岩組成は pMELTS が予測する初生マグマ組成に極めて類似していることが示された．

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