著者

岩森 光 中村 仁美

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.121, no.1, pp.118-127, 2012-02-25 (Released:2012-03-05)

参考文献数

30

被引用文献数

4 5

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The generation and migration of geofluids in subduction zones are discussed for the subducting slab and the overlying mantle wedge and crust in terms of theoretical models and observations. Theoretical models include several mechanisms of fluid migration, e.g., Rayleigh-Taylor instability, Stokes ascent, channel flow, and porous flow, whose characteristic lengths and velocities differ significantly. As a result, these mechanisms may occur in different settings within subduction zones. We compare seismic and geochemical observations with the model of fluid migrations, based on which a typical fluid fraction within the mantle wedge is estimated to be 0.1 to 1 vol.%. Accordingly, it is suggested that fluid migration within the mantle wedge is driven by the buoyancy of the fluid, rather than being dragged by the flow of solid matrix. This suggests the fluid rises vertically. In the shallow part of the mantle wedge and within the arc crust, in particular the upper crust, the channel flow seems to be dominant. However, the relationship between these channels and the surface exits observed as volcanoes and hot spring systems is unclear. To better understand fluid distribution and migration, we need to incorporate more observations (e.g., electrical conductivity structure) and models (e.g., models of petrological and thermal structures).

著者

中村 仁美 岩森 光

出版者

一般社団法人日本地球化学会

雑誌

地球化学 (ISSN:03864073)

巻号頁・発行日

vol.56, no.4, pp.76-86, 2022-12-25 (Released:2022-12-25)

参考文献数

66

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Arima-type hot spring waters that exhibit unique geochemical characteristics and their formation are reviewed based on subduction-zone-scale perspectives and studies concerning fluid circulation. Arima-type hot spring waters produced in non-volcanic regions exhibit properties similar to those of volcanic fluids. In order to clarify the formation mechanism, we first review the definition of volcanic/non-volcanic regions and their essential differences. Then we discuss the dehydration reactions in the subducting plates, the resulting distribution and geochemical characteristics of slab fluids, and present evidences of their ascent into the Japanese crust and their role in the global material cycling. In addition, the characteristics and causes of the recently discovered Arima-like hot spring water in the Eurasian continent are reported, and the extent of the material circulation in the wide subduction zone is discussed.

著者

阿部 なつ江 金松 敏也 末次 大輔 山崎 俊嗣 岩森 光 安間 了 平野 直人 折橋 裕二 原田 尚美 富士原 敏也

出版者

日本地球化学会

雑誌

日本地球化学会年会要旨集

巻号頁・発行日

vol.57, pp.189-189, 2010

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海洋研究開発機構・海洋研究船「みらい」によるMR08-06航海(通称:SORA 2009: South Pacific Ocean Research Activity 2009)は、南太平洋および沈み込み帯における地質学・地球物理学的研究ならびにチリ沖における古海洋環境変動復元研究を行う事を目的とし、平成21年1月15日(木)関根浜出港 ~ 平成21年4月8日(水)バルパライソ入港までの計84日間、3レグに渡り実施され,レグ1は、1月15日関根浜出港~3月14日バルパライソ入港までの59日間実施された。そのレグ1における航海実施概要と,太平洋横断中の海底地形・重力の測定結果を発表する。

著者

岩森 光 行竹 洋平 飯尾 能久 中村 仁美

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.128, no.5, pp.761-783, 2019-10-25 (Released:2019-11-15)

参考文献数

116

被引用文献数

2 3

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A total of one to ten ocean masses of water (including H2O, OH, H in gas, liquid, and solid phases) is probably stored in the Earth's crust-mantle system as a variety of forms and components. Of these, the liquid phase involves aqueous solution, hydrous melt, and supercritical fluid, which may change composition continuously from a diluted aqueous fluid to a silicate melt above the second critical endpoint. These fluids are termed “geofluids” in this review paper, which describes physicochemical conditions required for the presence of geofluids, their compositions, and related tectonic setting and geodynamic phenomena. On the basis of the maximum water content that can be stored in crust-mantle rocks, subduction zone processes are discussed in which slab-derived fluids that are enriched in solid components play important roles: viscosity-flow-thermal field and melting in the mantle wedge, and origin of deep-seated fluid such as Arima-type brine. The fluid flux in the arc crust may be captured by geophysical and geochemical observations, such as seismicity, seismic velocity, electrical conductivity, and helium isotopic ratios. Several specific phenomena such as migrating seismic events and localized crustal deformation may be attributed to such fluid fluxes from the depths, which have been induced by an elevated fluid pressure and a reduction of rock strength and viscosity.

著者

安川 和孝 中村 謙太郎 藤永 公一郎 岩森 光 加藤 泰浩

出版者

一般社団法人日本地球化学会

雑誌

地球化学 (ISSN:03864073)

巻号頁・発行日

vol.52, no.4, pp.171-210, 2018-12-25 (Released:2018-12-25)

参考文献数

130

被引用文献数

2

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Since the discovery of rare-earth elements and yttrium (REY)-rich mud in the Pacific Ocean, a variety of research has been conducted to understand its spatial distribution and genesis. In this paper, we review the latest research outcomes on REY-rich mud, including the discovery of “extremely REY-rich mud” containing >5,000 ppm of total REY, a promising deep-sea mineral resource in Japan’s exclusive economic zone surrounding Minamitorishima Island. Then, we introduce a new statistical approach based on independent component analysis (ICA) to clarify the origin of REY-rich mud in the Pacific and Indian oceans, with a theoretical background and a protocol of ICA application on geochemical data. Independent components extracted from a multi-elemental dataset of ~4,000 samples demonstrate distinctive geochemical features, and their spatiotemporal distributions indicate that the sedimentation rate is an underlying key factor for REY-enrichment. We also refer to an important link between the genesis of REY-rich mud and Earth system dynamics. Finally, we focus on some challenges to be overcome. One of the most significant questions concerns the formation mechanism of the extremely REY-rich mud. An important key to this question is the depositional age of the extraordinary sediment layer.

著者

岩森 光

出版者

Tokyo Geographical Society

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.116, no.1, pp.174-187, 2007-02-25 (Released:2009-11-12)

参考文献数

56

被引用文献数

1

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To understand the transportation and the circulation of water in subduction zones and the mantle, the maximum H2O content of rocks under variable pressure-temperature conditions was reviewed. The maximum H2O content is also important for assessing the potential storage of H2O in the mantle, which shows that the mantle can contain 4.6 to 12.5 times more H2O than the current ocean mass, assuming a standard geothermal gradient. Although the estimation has a large degree of uncertainty, the mantle is a significant storage, and plays an important role in global water circulation, especially due to the unexpectedly high capacities of nominally anhydrous minerals (NAMs). Based on this information, water circulation in subduction zones (especially in the Japanarcs) and the mantle has been discussed with the relevant numerical modeling and geophysical and geological observations. Consequently, the following points have been clarified : (1) breakdown depths of the major hydrous minerals within and around the subducting slab depend on the thermal structure (deeper for colder environments); (2) when a hot slab, including a spreading mid-ocean ridge, subducts, both water and heat are supplied to the forearc region, contributing to the formation of regional metamorphic belts; (3) both high-pressure-type and high-temperature-type metamorphism occur within a limited time in a single forearc domain associated with ridge subduction ; (4) arc magmatism and regional metamorphism are regarded as a series of geological events corresponding to different stages of a temporal change in the thermal state of a subduction zone; (5) although major dehydration of subducting slabs occurs at depths shallower than 200 km, triggering arc magmatism or regional metamorphism, the subducting slab and the bottom portion of the overlying mantle wedge above the slab transport several 100 to several 1000 ppm of H2O with NAMs to the transition zone ; (6) the influx of H2O into the transition zone by this mechanism is comparable to or exceeds outgassing by magmatism at mid-ocean ridges and hotspots; (7) the influx was suppressed in the past where the potential temperature was high (hot-dry regime), while it will be enhanced in the future as the Earth cools (cold-wet regime), resulting in stabilization and prolongation of mantle convection; and, (8) considering the presence of very cold subduction zones such as central Japan, where a significant amount of water is exceptionally transported to the deep mantle, the present-day Earth is probably in a transition from a hot-dry regime to a cold-wet regime. In any case, the maximum H2O content in NAMs in the upper mantle controls the influx, which needs to be constrained tightly for more accurate estimations of global water circulation.

著者

加藤 泰浩 岩森 光 安川 和孝 藤永 公一郎 町田 嗣樹 大田 隼一郎 野崎 達生 高谷 雄太郎

出版者

東京大学

雑誌

基盤研究(S)

巻号頁・発行日

2020-08-31

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本研究は、海洋底の大部分を占める遠洋性粘土をキーマテリアルとして捉え、「化学層序プローブ」を用いて網羅的に解析することで、グローバル環境変動・物質循環のダイナミクスの全容を定量的に解明する研究である。また、有用元素の循環を定量的に議論することで、資源成因の支配プロセスの全体像を解明する。そして、環境変動や資源生成を統一的な枠組みで説明可能な,真に革新的なグローバル物質循環についての統合理論の創成を目指す。

著者

風早 康平 高橋 浩 森川 徳敏 高橋 正明 東郷 洋子 安原 正也 佐藤 努 岩森 光 田中 秀実

出版者

一般社団法人日本地球化学会

雑誌

日本地球化学会年会要旨集 2017年度日本地球化学会第64回年会講演要旨集

巻号頁・発行日

pp.35, 2017 (Released:2017-11-09)

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スラブに含まれる水は,間隙水(H2O)と鉱物水(OH)の2種類があり,前者は沈み込みに伴う圧密によりスラブから絞り出され,比較的低圧側で放出される.また,後者は温度・圧力の上昇とともに含水鉱物の分解により放出される.Jarrard (2003)やHacker (2008)により世界の沈み込み帯における水収支の見積もりが行われている.本講演では,まず,西南日本弧(フィリピン海プレート:南海トラフ)と東北日本弧(太平洋プレート:日本海溝)について,沈み込み帯における水収支について示す.そして,これらの地域の掘削井や温泉に含まれるスラブ起源水の化学的指標(Li-Cl-Br)を用いて,スラブ起源水の空間分布の特徴と沈み込み帯の構造の関係について議論したい.

著者

岩森 光 中村 仁美 吉田 晶樹 柳 竜之介

出版者

一般社団法人日本地球化学会

雑誌

日本地球化学会年会要旨集

巻号頁・発行日

vol.62, 2015

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若い玄武岩質溶岩組成の大規模データベースを構築し、多変量統計解析により独立な組成空間基底ベクトルの抽出と化学的解釈を行った。その結果、マントルは、「Dupal anomaly」のような南北分割ではなく、「日付変更線付近を境とする東西半球構造」を持つことが分かった。また、この構造は、2.5~9億年前の間、東半球に分布していた複数の超大陸に向かっての沈み込みと親水成分の集中に関連すること、およびマントル東西半球構造が内核の地震波速度構造と酷似し、マントルの長波長対流パターン・温度分布が、核にまで影響を及ぼしている可能性があることが分かった。大陸の離合集散を含むマントル対流モデルは、大陸集合時の「沈み込み帯のかき集め」が、超大陸下に効率的な親水成分集中と冷却をもたらすことを示している。東半球に濃集する親水成分は、地球ニュートリノの偏在をもたらす可能性があり、これは日本とイタリアの検出器を用いて検証可能である。

著者

岩森 光

出版者

特定非営利活動法人 日本火山学会

雑誌

火山 (ISSN:04534360)

巻号頁・発行日

vol.61, no.1, pp.1-22, 2016-03-31 (Released:2017-03-20)

被引用文献数

1

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Earth’s mantle constitutes the largest sub-system of the whole Earth system, involving 70% of the total mass, ~80% of the heat capacity, and more than 50% of the internal heat generation by radioactive decay. Therefore, the mantle and the inherited dynamics may control the whole system to a great extent, e.g., in terms of convective motion (including plate motion as its surface expression) and heat transport from the core to the surface, regulating the core cooling and dynamo that eventually affects the surface environment and life. First the basic structures and dynamics of the mantle convection are described, which demonstrate that the surface cooling dominantly drives the convection, creating buoyancy of several to 10 times greater than that generated near the core-mantle boundary. This estimate for the much larger role of near-surface cooling is consistent with the seismic tomography. Then various types of observations on the structures and dynamics of mantle, particularly three boundary layers (i.e., the near-surface, mid-mantle around 660km discontinuity, and core-mantle boundary) have been reviewed and are compared with the simple estimation. Of these, the ’geochemical probe’ approach, which utilizes composition (in particular the isotopic composition) of young basalts that fingerprint geochemical nature of the mantle materials, has been reviewed in conjunction with convective regimes. The latest result of high spatial resolution has revealed that the mantle can be divided into the eastern and western hemispheres, in terms of an anciently (several hundred million years ago) subducted fluid-component. The spatial pattern is strikingly similar to the hemispherical seismic structure of the inner core. Based on these observations, a model for ‘top-down hemispherical dynamics’ is introduced, as a result of focused subduction towards the supercontinents that existed mostly in the eastern hemisphere from ~900 to 250 million years ago (i.e., Rodinia, Gondwana and Pangea). The cooled domain of mantle may absorb heat from the eastern hemisphere of the core, resulting in faster growth and velocity of the eastern half of the inner core. Such ‘top-down’ dynamics is consistent with the various types observations and arguments (made in the first half of this paper) on mantle convection.

著者

中村 仁美 岩森 光 千葉 紀奈 中井 俊一 木村 純一 常 青 風早 康平

出版者

一般社団法人日本地球化学会

雑誌

日本地球化学会年会要旨集 2014年度日本地球化学会第61回年会講演要旨集

巻号頁・発行日

pp.238, 2014 (Released:2014-09-12)

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近年,我々は,初めて有馬温泉水中の希土類元素(REEs)の定量とともに,Sr-Nd-Pb同位体比組成を得ることに成功した(Nakamura et al., accepted).これは,低温(~500度)で脱水したスラブ起源流体の組成と河川水の混合で説明することができ,スラブ起源流体は非火山域であっても,構造線などの大断層沿いに上昇している可能性があることを示唆する.本研究では,溶存イオン種と濃度,軽元素同位体情報を基に,中央構造線沿いの有馬型温泉水を調査・採水し,標準添加法によりREEs組成を定量分析する.これらの結果に基づき,スラブ起源流体を含む有馬型温泉水の特徴が,非火山域である西南日本から,火山域も含む中部日本にかけて,どのように変化するかについて制約を与える.

著者

吉田 健太 桑谷 立 安本 篤史 原口 悟 上木 賢太 岩森 光

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2018年大会

巻号頁・発行日

2018-03-14

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Geochemical data from geological samples show compositional trends that reflect the material differentiation and assimilation occurred during certain geological processes. These trends often comprise groups in a multidimensional compositional space and are distributed in real space as geological units ranging from millimeters to kilometers in scale (e.g., Ueki and Iwamori, 2017). Therefore, spatial contextual information combined with chemical affinities could provide fundamental information about the sources and generation processes associated with the samples.However, conventional clustering algorithms such as k-means and fuzzy c-means (FCM) cluster analysis do not fully utilize the spatial distribution information of geologic samples. In this study, we propose a new clustering method for geochemical datasets with location coordinates. A spatial FCM algorithm originally constructed for image segmentation was modified to deal with a sparse and unequal-spaced dataset. The proposed algorithm evaluates the membership function modified using a weighting function calculated from neighboring samples within a certain radius.We applied new algorithm to a geochemical dataset of granitoids in the Ina-Mikawa district of the Ryoke belt that was compiled by Haraguchi et al. (2017), showing that samples collected from the same geological unit are likely to be classified as the same cluster. Moreover, overlapping geochemical trends are classified consistently with spatial distribution, and the result is robust against noise addition compared with standard FCM analysis.The proposed method can be calculated in the “GEOFCM” Excel® sheet provided as supplementary material and on our website (http://dsap.jamstec.go.jp). Geological datasets with precise location coordinates are becoming increasingly available, and the proposed method can help find overviews of complicated multidimensional data structure.

著者

原口 悟 上木 賢太 桑谷 立 吉田 健太 モハメド 美香 堀内 俊介 岩森 光

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2018年大会

巻号頁・発行日

2018-03-14

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2017年のJpGU-AGU(原口ほか,2017)で、日本国内出版文献に掲載されている地球化学データのコンパイルを行うデータベース「DODAI」を報告した。前回報告以降もデータ収集を継続し、2017年末までに224論文5818サンプルの化学データをコンパイルした。今回、これらのデータ収集を通して明らかになった、「フォーマットの統一」に関連する問題点を以下に3点報告する。1つ目は、化学組成の分析に当たって、多くの「分析装置」による様々な「分析手法」が用いられていることである。主要元素は、1970年代までは「湿式分析」が主流であったが、1980年代に入って「XRF」が急速に広まった。この過程で、従来鉄はFe2+ (FeO)とFe3+ (Fe2O3)を分けて分析されていたのが、全FeOまたはFe2O3に一本化する分析に移行した。現在でも全岩化学組成のFe2+とFe3+を分けて分析する手法は湿式分析だけであり、主要元素をXRFで分析していても、Fe2+だけを湿式分析で分析することが行われている。このような鉄の分析のバリエーションが地球化学データベースに含まれていることには注意を要する。2つ目は、分析される微量元素の組み合わせが分析機関により様々なことである。微量元素の分析は、現在ではXRFの他、ICP-MS等の質量分析装置を用いた方法、INAA等の放射化分析等が使われている。XRFは分析が簡便であるため、多くの機関で主要元素とともに分析が行われているが、分析元素の選択が機関・目的により様々である。ICP-MS, INAAは高精度の分析が可能で、多くの微量元素を網羅的に分析することが可能であるが、全ての元素をカバーする分析を恒常的に実施する例が少なく、データ数が少ない。このため、データベースを利用した多変量解析に用いる元素の組み合わせによっては、解析に使用できるサンプル数が激減することがありうる。3つ目は、研究が行われた時期、および研究者が専門とする分野によって地質の解釈が変化することである。例えば、四万十帯に代表される「付加体」の地質構造は、「付加体地質学」の導入により、形成過程の理解が急速に進んだが、個々の岩体の記載は、付加体地質学導入以前の研究に基づくものと、付加体地質学に基づいた新たな解釈によるものがあり、現在でも両者が混用されている。また、付加体中の海洋プレート起源の火山岩は、弱変成作用を受けているため、「緑色岩」とも呼ばれるが、研究者によって「火山岩」「変成岩」と見方が異なっている。シームレス地質図統一凡例(産総研,2015)のように,これらの見方を統一する試みもあるが,依然としてこのような様々な「解釈の違い」が地球化学データに含まれることはコンパイルを行う上での注意点である。本報告では、これらの「フォーマットの不統一」に関係する地球化学データベースが含む問題を取り上げるとともに、不統一の解消を図る方法について考えたい。

著者

岩森 光 横山 哲也 中村 仁美 石塚 治 吉田 晶樹 羽生 毅 Tatiana Churikova Boris Gordeychik Asobo Asaah Festus T. Aka 清水 健二 西澤 達治 小澤 恭弘

出版者

国立研究開発法人海洋研究開発機構

雑誌

基盤研究(A)

巻号頁・発行日

2014-04-01

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全地球に分布する主に第四紀に噴火した玄武岩の組成に基づき、地球内部の不均質構造を調べた。これは人体の血液検査に例えることができる。特に、最近提案された「マントルの東西半球構造」に注目し、(1)半球構造の境界付近の詳細研究、(2)地球全体のデータに関する独立成分分析、(3)水を含むマントル対流シミュレーションを行った。その結果、東半球はより親水成分に富み、かつマントル浅部から内核にいたるまで、超大陸の分布に支配される「Top-down hemispherical dynamics」を介して長波長の大構造を有することが示唆された。