研究グループ一覧

島弧マグマ学グループ

http://epms.es.tohoku.ac.jp/arcmag/
教授 中村 美千彦 地質流体科学, プロセス岩石学, 火山学
助教 石川 賢一
(高等教育開発推進センター)
火山地質学,火山岩の地球化学
助教 奥村 聡 マグマ,火山噴火,水

研究室より

東北本州弧における花崗岩・カルデラ・第四紀成層火山分布
東北本州弧における花崗岩・カルデラ・第四紀成層火山分布

東北大学は、東北本州弧という代表的な島弧ー海溝系の上に位置しています。そこでのマグマ活動は、プレートの沈み込みに関連した顕著な地学現象の一つであり、そこに生きる我々にとって、非常に重要な研究課題の一つです。本研究室では、この東北本州弧で代表される活動的な沈み込み帯における、マグマや超臨界流体の活動を総合的に理解することを目指しています。これらの地質流体は、熱や元素を効率的に運搬し、また岩石の物理的性質にも大きな影響を与えます。地球内部における流体の移動様式や岩石との化学反応のメカニズムを解明することも本研究室の研究課題です。

テーマの例としては、地殻~マントルの大構造と千万~百万年スケールでの形成発達史、その鉱床形成との関連、マグマ溜りや岩脈・カルデラなど火山の表層・深部構造、火山噴火の様式とメカニズム、元素拡散や浸透流などの物質移動現象や岩石の再結晶作用などの素過程とその地球化学やレオロジーへの応用、地震発生場における流体の挙動、などです。これらの研究対象を、フィールド調査・岩石や造岩鉱物の化学分析(主要/微量元素・放射性/安定同位体)、高温高圧実験、数値シミュレーションなどの多様な手法を用いて研究しています。大学院教育では物質科学の基礎を体系的に習得することを重視し、その上に立って、先端的な研究を行うことを目指しています。

高温変形実験によって合体した流紋岩質マグマ中の気泡のX線CT像。マグマの流動が脱ガスに与える効果を調べる。スケール=100μm
高温変形実験によって合体した流紋岩質マグマ中の気泡のX線CT像。マグマの流動が脱ガスに与える効果を調べる。スケール=100μm

本研究室では、対象とする地球科学現象を、ミクロからマクロまで多角的な視点から捉えられることを特徴としています。たとえば、開析された火道や深成岩体を露頭で観察したり、活火山の噴出物を化学分析することから、多くの高温高圧実験のアイデアがもたらされます。逆に、実験やシミュレーションから得られた仮説は、天然の岩石の化学組成などと比較して検証される必要があります。このように、地質学・地球化学・実験岩石学・数値計算などの複数の方法論を持ち、その特徴や長所短所についての感覚を養うことは、実際に目にすることができない地下深部や遠い過去の現象を適確に理解し、それらを未来予測につなげていく上で非常に有利だと考えています。

マグマの発泡・脱ガス機構、水の起源、循環などの研究

合成実験の環境としては、ピストンシリンダー・外熱式ガス圧装置・高温高圧変形その場観察装置などを用い、地表~最上部マントルの温度圧力範囲で、精密な相平衡実験のほか、組織平衡・マグマの変形流動・開放系脱ガスなどについてオリジナルな手法で実験を行っています。試料の評価は、全岩・微小領域の化学組成・同位体組成分析、X線トモグラフィなどを用いた組織解析、浸透率測定などの手法を用いて、内外の研究者と共同で行っています。また最近では、岩石・鉱物や実験産物から水素ガスを抽出精製して同位体組成を分析するシステムを立ち上げ、火山噴火におけるマグマの発泡・脱ガス機構や、爆発の駆動力となった水の起源、地球表層~内部における水の循環などの研究に力を入れています(写真左)。