京都大学など、沈み込むプレートから海水がマントルに加わる現象を発見し新仮説を提案

[ 2013/05/31 ]

2013年5月27日、川本竜彦　京都大学理学研究科附属地球熱学研究施設助教、芳川雅子　同教務補佐員、熊谷仁孝　理学研究科大学院生（現在、北村国際特許事務所弁理士）、小林哲夫　鹿児島大学理工学研究科教授、奥野充　福岡大学理学部地球圏科学科教授、ハナ・ミラブエノ　フィリピン地震火山研究所研究員（現在、ニュージーランド・クライストチャーチ市議会職員）らの研究グループは、沈み込むプレートから海水がマントルに加わる現象を発見し、新しい仮説を提案した。この研究成果は、米国科学アカデミー紀要の電子版で公開された。
（参照：フジワラ産業社長、防災対策や水処理関連の独自技術開発の足取りをまとめた「津波避難タワー – 命を守るフジワラ -」を3月4日に出版へ）

Image from 京都大学

日本列島の下には、日本海溝から太平洋プレートが、南海トラフからはフィリピン海プレートが沈み込んでいる。今回の研究では、天然のマントルの岩石を観察し、沈み込むプレートがマントルに海水を運んでいるということが提案された。

1991年に噴火したフィリピンのピナツボ火山の下には、マニラ海溝からユーラシアプレートの一部である南シナ海のプレートが沈み込んでいる。噴火の際にマントルを作る岩石の破片が引っ掛けられて地表に出てくることがあり、これをマントル捕獲岩と呼ぶが、小林教授は奥野教授とハナ研究員とともに、噴火直後のピナツボ火山で、大人のこぶし大のマントル捕獲岩を採集。その後、京都大学のグループがその捕獲岩を薄くして顕微鏡で観察すると、鉱物中に0.03ミリメートル程度の流体の粒がたくさん入っているのを見つけ、二酸化炭素を含んだ塩水ということが分かった。

さらに、顕微鏡で観察しながらこの流体包有物の温度を下げることで、塩水から氷が結晶化する温度を測定。純水なら0度で凍るはずだが、この塩水は-3度で凍った。塩濃度に換算すると約5重量％。海水の平均塩濃度は3.5重量％なので、海水よりも少し塩辛いことになる。

これまでプレートからは、浅い所では水が、深い所では水にマグマ成分を溶かしこんだ超臨界流体が出てマントルに加わると考えられていた。今回の発見で、それらには海水と同じ程度か、もう少し多い濃度の塩が含まれていることがわかった。プレートは沈み込む前に、海溝の近くのアウターライズという場所で割れ目に沿って海水がプレートと反応し、塩水を持ったまま沈み込む。

深く沈み込むにしたがい、高温高圧条件になり、その海水をマントルに出すと今回の研究で提案されている。近畿地方には、兵庫県の有馬温泉や宝塚温泉、和歌山県の白浜温泉などに、炭酸ガスを含んで塩辛い高温の温泉があることが知られているが、温泉水の特徴は今回発見した海洋プレートからの塩水の特徴と一致し、海洋プレートからマントルを通って上がってきた流体と考えられる。

このように、海洋プレートからの流体が塩水だとすると、塩水は純水と異なり、金属イオンをよく溶かすなど、マントルへの金属元素の移動に影響を与える。日本列島のような沈み込み帯では、地震、温泉、火山などの地学現象があるが、それらは海洋プレートから出る水によって引き起こされている。

海洋プレートが水を大陸プレートの下に運ぶためには、まず海洋プレートが水を含んでいないといけないが、その水は海水。つまり、海があることで、地震や温泉や火山があることが示唆されている。