海洋マントルの有機炭素検出 南太平洋アイツタキ島マントル捕獲岩からのアプローチ

東京工業大学 理学院 地球惑星科学系の石川晃准教授は、東京大学 大気海洋研究所の秋澤紀克助教を中心に、京都大学 大学院人間・環境学研究科、広島大学 大学院先進理工系科学研究科、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と、南太平洋アイツタキ島のマントル捕獲岩^[用語1]を用いて、海洋域のマントル^[用語2]が有機炭素^[用語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^[用語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。

本研究成果は、8月1日に「Marine Geology」に掲載されました。

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^[用語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。

(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。

石川晃 准教授

秋澤紀克 助教（兼：東京学芸大学 非常勤講師）

石村豊穂 教授
小木曽哲 教授

芳川雅子 特任教授（兼：広島大学 プレート収束域の物質科学研究拠点 特任教授）

見邨和英 主任研究員（現：産業技術総合研究所 地質調査総合センター 研究員）