熱いアセノスフェアの流入が沈み込むプレートに高温をもたらす
-日本海の成因解明につながる,マグマからの証拠を発見-

本学大学院自然科学研究科博士後期課程自然システム学専攻1年の平井康裕さん(国立研究開発法人海洋研究開発機構海洋掘削科学研究開発センター 研究生),国立研究開発法人海洋研究開発機構の田村芳彦上席研究員は,北海道教育大学の岡村聡教授,琉球大学の新城竜一教授らと共同で,伊豆-小笠原諸島西部の海底に広がる現在活動中の背弧海盆「アクティブリフト帯」に噴出した溶岩の採取・分析を行い(図1),流入してきた熱いアセノスフェア(※1)の異常な高温によって,沈み込んだプレートが溶けていることを明らかにしました(図2)。

背弧海盆は,プレートが沈み込んでいる地域において,火山フロント(※2)よりも海溝から離れた位置に形成される海洋底であり,例えば,日本海は約2000万年前に拡大した典型的な背弧海盆です。また,ジーランディアと呼ばれる水没大陸がオーストラリア大陸と分離したことも,大陸間に背弧海盆が形成されたためと考えられており,その存在は地球表層の形成に深く関わっています。これまでにも,背弧海盆の成因がアセノスフェアの流入と関連していることは指摘されてきましたが,現在活動中の背弧海盆からその証拠を発見したことはありませんでした。

今回,本研究グループは,東海大学の海洋調査研修船「望星丸」を用いてアクティブリフト帯の3つのリフトから溶岩を採取して分析を行うことで,アクティブリフト帯にはスミスリフトだけに分布するジルコニウム(Zr)という元素を多く含む溶岩とそれに乏しい溶岩の2タイプの溶岩が存在することを解明しました。また,そのような高Zr玄武岩の分布と火山フロント直下の地震波速度構造(※3)に共通点を見い出しました。これらのことから,スミスリフトの下に熱いアセノスフェアの流入が起こっており,それが沈み込むプレートに高温をもたらしていることを明らかにしました。

この成果は,アセノスフェアの流入が背弧海盆の拡大する原動力となることを示すとともに,日本列島形成史上の未解決問題の一つである「日本海の成因」を明らかにする上で重要な役割を果たすことが期待されます。

本研究成果は,研究調査費の一部に日本学術振興会科学研究費補助金を使用しており,2018年2月24日(日本時間)に米国地質学会の発行する雑誌『GEOLOGY』のオンライン版に掲載されました。

図1.本研究の調査地域とサンプル採取地点

本研究地域のアクティブリフト帯は,北から青ヶ島リフト,明神リフトおよびスミスリフトで構成されている。
 


図2.本研究成果の概念図

スミスリフトのみから採取された高Zr玄武岩は,沈み込む太平洋プレートが高温であることを示す。スミスリフトの下にS波の遅い部分が存在することは,高温のアセノスフェアが流入することによって,沈み込む太平洋プレートが高温になっていることを示唆する。


【用語解説】
※1 アセノスフェア
地下100 km前後から300 km前後までの地殻の下のマントル内に存在する,地震波の伝わる速度が低下して柔らかい層(アセノ=弱い,スフェア=圏)。

※2 火山フロント
日本列島のような沈み込み帯では,火山が海溝と平衡に弧をなして連なっている。この火山帯のうち,最も海溝側の火山を結んだ線を指す。この線よりも海溝側には同時代の火山は存在しない。火山前線とも呼ぶ。

※3 地震波速度構造
地震波が地面の中を伝わる速さから地球の内部構造を推定する。一般に,地震波が伝わる物質が硬く低温であるほど地震波速度は速くなる。また,地震波はP波(primary wave)とS波(secondary wave)に区分される。


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GEOLOGY
 

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