3.3.5 地球化学分野

「地球化学グループ」は,火山の諸現象,地球や惑星を構成する物質の進化,地球内での物質循環などを探求する研究を,微量元素,同位体などのトレーサーを用いた地球化学的手法で行っている.

九州には火山が数多く分布しているが,最近活動しているものでも流体の寄与が顕著な典型的な沈み込み帯火山のほかに,スラブ溶融を原因とすると考えられている火山も混在している.しかし同位体を用いた研究は少ない.ウラン-トリウム放射非平衡分析から,230Th/238U<1となる流体付加火山と,230Th/238U>1となるスラブ溶融火山を区別することを目的とする研究を進めている.また流体により運ばれるウランは234U/238U 比が放射平衡の値より高いことが一般的であるが,沈み込み地域の火山が高い234U/238U 比を持つことは確認されていない.この確認のためにウラン同位体比の高精度化を行っている.分析の改良後に地表付近の変質作用の可能性が低く,高い234U/238U比を検出しやすいと予想される火山岩の分析を行う.

次に火山岩のみならず,変成岩や堆積岩の微小部分,例えば個々の斑晶鉱物やメルト包有物,さらには鉱物結晶の累帯構造の各部分に残された記録を読み解いて,マグマや源岩の化学進化を解明する研究も同グループの重要な課題である.2004年度に導入された213 nm 波長Nd:YAG レーザーアブレーション・システム (UP-213 型) と旧型ICP 四重極型質量分析計 (VG PQ3 型) を独自に改良することで,高感度・低バックグランドの分析を可能とし,国際レベルの分析精度を達成している.同分析装置を用いて 1)ジルコン・ルチル・アパタイト結晶の局所U-Pb 年代測定,2) 同一ジルコン粒子を用いたFT年代・U-Pb年代のダブル年代測定, 3) 鉱物・メルト包有物の局所微量元素分析,4) XRF 分析装置とカップリングして行う迅速性の高い主・微量元素全岩分析を精力的に行っている.現在,前述した研究テーマで,国外ではロシアやチリ,アルゼンチン,ブラジル,トルコ,イラン,エジプト,韓国,USAの研究者らと共同研究を実施中であり,国内では地震研共同利用を通じて他研究機関の共同研究を受け入れている (本年度は一般共同研究1件).

[図3.3.4]

また,火山岩や隕石中に含まれる希ガス同位体組成を調べ,それをもとに火成活動の時空分布,惑星内部からの脱ガスや大気形成過程,惑星の形成・進化史の解明を目的とした研究も行っている.希ガスは不活性なため物理的プロセスを探求するのに有用なトレーサーであり,また4He ,40Ar ,129Xe など年代測定に応用できる放射起源同位体を有する.現在は特に,小惑星や月起源隕石の希ガスデーターにもとづく惑星形成時の熱源や熱史の解明,始源隕石中のU, Pu核分裂起源Xeによる元素合成過程への制約,地球型惑星の大気進化モデル構築,隕石・衛星データによる火星火山活動史の解明と年代学探査地点検討,および将来の月惑星探査機への搭載に向けた「レーザー照射源を用いるK-Ar 年代測定システム (小型LIBS-MS システム) 」の開発などを進めている.また,はやぶさ2 探査の試料採集・分析に関する共同研究 (JAXA 他) や火星着陸探査技術実証WG (JAXA 他) に参加している.