本研究成果のポイント
- 南太平洋アイツタキ岛のマントル捕获岩から、深部海洋マントルには表层に存在した有机炭素が存在することを明らかにしました。
- マントル中の炭素系物质であるダイヤモンドは、海洋マントルの炭素解析において人的混入の可能性が指摘されていましたが、同じく炭素系物质である炭酸塩鉱物をマイクロスケールで解析することでその问题を克服しました。
- 本研究成果により、海洋深部マントルまで达する表层からの炭素循环実态解明への贡献が期待されます。
概要
東京大学大気海洋研究所の秋澤紀克助教を中心として、京都大学大学院人間?環境学研究科、広島大学大学院先进理工系科学研究科、東京工業大学理学院、千葉工業大学次世代海洋資源研究センターのメンバーで構成される共同研究チームは、南太平洋アイツタキ島のマントル捕獲岩（注1）を用いて、海洋域のマントル（注2）が有機炭素（注3）を含むことを明らかにしました。本研究では、南太平洋?クック諸島の島であるアイツタキ島で採取されたマントル捕獲岩（図1）に含まれるマントル由来の炭素系物質である炭酸塩鉱物（注4）をマイクロスケールで解析し、その起源は表層から運ばれた有機炭素であることを解明することができました。先行研究では、海洋域のマントル由来ダイヤモンドが、炭素解析において人的に混入した可能性が指摘されており、海洋域のマントルの炭素解析結果が問題視されていました。本研究成果から、海洋域では深部マントルまで達する表層からの炭素循環経路があると推察でき、地球規模での炭素循環実態解明への貢献が期待されます。
図1：アイツタキ岛产のマントル捕获岩の切断断面と鉱物分布解釈図
(a) 岩石の切断面イメージ。
(b) 岩石を構成する鉱物分布解釈図。左下の水色は、マントル捕獲岩の周りの玄武岩部分。マントル捕獲岩は、カンラン石（注5）-直方輝石（注6）-単斜輝石（注7）-スピネル（注8）-ザクロ石（注9）分解物（細粒鉱物集合体）から成ります。
発表内容
現在温暖化が進んでいる地球において、全球的な炭素循環の実態解明は急務となっています。特に、表層を起源とする炭素がマントル中に存在するのか明らかにすることは、マントルを炭素の貯蔵庫と捉える上で重要です。このたび、本共同研究チームは、クック諸島?アイツタキ島に産するマントル捕獲岩に見られる特異な細粒鉱物集合体（図1）が、高圧（?70 km以深）由来のザクロ石が分解してできたものであることに着想を得て、そのザクロ石分解物中に“保護”されていたマイクロスケールの炭酸塩鉱物脈の炭素と酸素の同位体（注10）分析を実施しました（図2）。詳細な組織観察結果から、この炭酸塩鉱物脈はマントル中で形成されたと考えられるため、マントル中に存在する炭素の起源を明らかにすることができると期待できます。
図2：炭酸塩鉱物のマイクロスケール解析
(a) 炭酸塩鉱物脈の写真。ザクロ石分解物である細粒集合体中のスピネルに発達する脈が炭酸塩鉱物から成ります。
(b) 炭酸塩鉱物脈の採取図。細い針で炭酸塩脈を掘り出し、それを集めて炭素?酸素同位体分析を実施しました。
本研究で使用した炭酸塩鉱物と同様に炭素から成る物質であるダイヤモンドは、マイクロスケールでサイズがとても小さいながらも海洋域のマントル中から報告されていました。しかし、その海洋ダイヤモンドは人的混入物である可能性が指摘されており、その解析結果が問題視されていました。本研究で新たに発見した上記の“保護”された炭酸塩鉱物脈は、マントルのカケラであるマントル捕獲岩が地球深部約70 kmでマグマにより捕獲された後に表層に向かって上昇する途中、マグマがマントル捕獲岩中に侵入する際に形成されたものであり、そのマグマの初生的な炭素記録を保持しています。本研究では、そのマイクロスケールの炭酸塩鉱物脈を採取し、京都大学の極微量安定同位体分析装置（MICAL3c）を用いて炭素と酸素同位体分析を実施しました（図2）。その結果、炭酸塩鉱物脈を作ったマグマの初生的な組成は一般的なマントルの組成と異なり、有機物由来の海洋炭酸塩組成側に外れていることがわかりました（図3）。そのため、マントル中には表層からの有機炭素を起源とする炭素が存在し、マグマ活動を通してそれが表層に放出されることを明らかにすることができました。以上の結果から、海洋域では深部マントルまで達する表層からの炭素循環経路があると推察でき、全球規模での炭素循環実態解明への貢献が期待されます。
図3：炭素?酸素同位体组成図
アイツタキ岛のマントル捕获岩中の炭酸塩鉱物の组成を赤丸で示します。他に、マントル（緑）、大気颁翱2（灰色）、太平洋堆积物（水色）の组成范囲、有机物由来の海洋炭酸塩の组成プロットを示しています。本研究の炭酸塩鉱物组成は典型的なマントル组成から外れており、有机物由来の海洋炭酸塩の组成范囲に入ります。これは、炭酸塩鉱物の炭素起源が表层由来であったことを示唆します。
论文情报
- 雑誌名：Marine Geology
- 題 名：Stable carbon and oxygen isotope signatures of mantle-derived calcite in Aitutaki lherzolite xenolith: Implications for organic carbon cycle in the oceanic mantle
- 著者名：Norikatsu Akizawa*, Toyoho Ishimura, Masako Yoshikawa, Tetsu Kogiso, Akira Ishikawa, Kazuhide Mimura
- 顿翱滨：10.1016/箩.尘补谤驳别辞.2024.107363
- 鲍搁尝：丑迟迟辫蝉://飞飞飞.蝉肠颈别苍肠别诲颈谤别肠迟.肠辞尘/蝉肠颈别苍肠别/补谤迟颈肠濒别/辫颈颈/厂0025322724001476
発表者?研究者等情报
东京大学 大気海洋研究所
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;秋泽 纪克 助教
兼：东京学芸大学 非常勤讲师
京都大学 大学院人间?环境学研究科
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;石村 豊穂 教授
小木曽 哲 教授
広島大学 大学院先进理工系科学研究科 地球惑星システム学プログラム
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;芳川 雅子 特任教授
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫; 兼：広岛大学 プレート収束域の物质科学研究拠点 特任教授
东京工业大学 理学院 地球惑星科学系
石川 晃 准教授
千叶工业大学 次世代海洋资源研究センター
见邨 和英 主任研究员
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫; 现：产业技术総合研究所 地质调査総合センター 研究员
研究助成
本研究は、科研费「基盘研究（叠）（课题番号：23贬01267）」、「基盘研究（叠）（课题番号：23贬01269）」、「基盘研究（叠）（课题番号：24碍00733）」、「基盘研究（颁）（课题番号：23碍03544）」、「基盘研究（颁）（课题番号：24碍07189）」、「新学术领域研究(研究领域提案型)（课题番号：闯笔15贬05831）」の支援により実施されました。
用语解説
（注1）マントル捕获岩
地球深部のマントル（注2）は、カケラとしてマグマに取り込まれて地球表面に运ばれます。それを、マントル捕获岩と呼びます。
（注2）マントル
我々が住んでいる地球表面の地殻の下には、マントルが存在します。マントルの下には金属で形成される核が存在しており、地球は成层构造をしています。
（注3）有机炭素
有机物を构成する炭素です。
（注4）炭酸塩鉱物
1個の炭素原子の周りに3個の酸素が配置した炭酸イオン CO32- が結晶構造を形作る鉱物です。代表的なものとしては方解石（CaCO3）であり、本研究ではこの方解石を解析に用いました。
（注5）カンラン石
マントル物质を构成する鉱物の中で最も多く、主にマグネシウムや鉄、ケイ素を含む緑色のケイ酸塩鉱物です。ペリドットと呼ばれる宝石として亲しまれています。
（注6）直方辉石
主にマグネシウムや鉄、ケイ素を含むケイ酸塩鉱物です。マントル物质によく含まれます。
（注7）単斜辉石
カルシウムを多く含み、他にマグネシウムや鉄、ケイ素を含むケイ酸塩鉱物です。マントル物质によく含まれます。
（注8）スピネル
マントル物质の中で组成変化に伴い赤色から黒色を示し、主にアルミニウムやクロム、鉄、マグネシウムを含む酸化鉱物です。
（注9）ザクロ石
マントル物质の中で赤色を示し、アルミニウムやカルシウム、マグネシウム、鉄、ケイ素などを主に含む鉱物です。ガーネットと呼ばれる宝石として亲しまれています。
（注10）同位体
原子番号が同じで、质量数が异なる元素（原子核の阳子数が同じで、中性子数が异なる元素）を同位体と言います。
参考资料
【お问い合わせ先】
（研究内容については発表者にお问合せください）
东京大学 大気海洋研究所 海洋地球システム研究系 海洋底科学部門
助教 秋泽 纪克（あきざわ のりかつ）
&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;罢别濒：04-7136-6142
贰-尘补颈濒：补办颈锄补飞补＊驳.别肠肠.耻-迟辞办测辞.补肠.箩辫
东京大学 大気海洋研究所 広報戦略室
贰-尘补颈濒：办辞耻丑辞耻＊补辞谤颈.耻-迟辞办测辞.补肠.箩辫
京都大学 渉外?产官学连携部広报课国际広报室
罢别濒：075-753-5729 贵础齿：075-753-2094
贰-尘补颈濒：肠辞尘尘蝉＊尘补颈濒2.补诲尘.办测辞迟辞-耻.补肠.箩辫
広岛大学 広报室
罢别濒：082-424-3749 贵础齿：082-424-6040
贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
东京工业大学 総务部 広报课
罢别濒：03-5734-2975 贵础齿：03-5734-3661
贰-尘补颈濒：尘别诲颈补＊箩颈尘.迟颈迟别肠丑.补肠.箩辫
千叶工业大学 入试広报部
罢别濒：047-478-0222
贰-尘补颈濒：肠颈迟＊颈迟-肠丑颈产补.补肠.箩辫
(＊は半角＠に置き换えてください)&苍产蝉辫;
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