9:15 AM - 9:30 AM
[R22-O-5] Formation of modern iron formation: Formation mechanism of iron oxyhydroxide chimney mound and iron oxyhydroxide sediments
--Satsuma Iwo-jima, Kagoshima Prefecture --
Keywords:Archean, Banded Iron Formation, Iron stone, Satsuma Iwo-jima
薩摩硫黄島は九州南沖約50 kmに位置する火山島であり，鬼界カルデラの北西縁に位置する．島の周辺海域には酸性熱水が流出しており，海水と混合することで褐色〜乳白色の海水がみられる．特に島南部の長浜湾は溶存鉄や遊離CO2に富む，pH 4.4 ~ 5.5程度の弱酸性の熱水 (四ヶ浦・田崎, 2001；坂元, 2015) が供給され，析出した鉄酸化物が海底に堆積し，海底湧水部分では水酸化鉄チムニーの存在が明らかになってきた（e.g., Kiyokawa and Ueshiba, 2015, Kiyokawa et al., 2021）.
本発表では，長浜湾における熱水湧出場の特定やチムニーマウンドおよび堆積層における鉄の酸化・沈殿プロセスについて，水酸化鉄の形成・沈殿・沈殿後の続成最初期状況について検討を行った．コア試料は潜水により取得し，堆積物トラップは半年ごとに追加しながら，連続9xrd年間の試料を取得しており，実際の地層に残される堆積層との比較を行っている．取得した試料は，すぐに高知大学海洋総合コアセンターに運び，冷蔵して保存し，記載，CTスキャン，化学分析を行っている．海水の分析: ICP-OES, 結晶構造:XRD（ともに九州大学）を使用した．
海底湧出場所の特定のために，湾内の船付き場（East and West sites）および海岸線における赤外線サーモグラフィドローン探査を行った．結果，今まで明らかでなかった湾内の複数箇所で熱水噴出源が特定され，弱酸性熱水が海水面に広がる様子が見られた．また水質の測定では，海水面付近付近では相対的に低いpH，ORP，EC値と高い濁度を示し，特にpHと濁度値は強い相関を示し，表層付近でpHは最小で濁度は最大であった．海中カメラの水塊画像においても，表層では濁りが強く，海底付近（pH≈8）では析出物の凝集が進み，濁りが弱くなっている．
Eastサイトでは，チムニーマウンドが形成されており，比較的古いマウンドについてCTスキャン，薄片観察，電顕観察，微生物(DNA)解析などを行った．マウンドには，細いパイプ上の熱水の抜け後がみられ，パイプはバクテリア形体をした水酸化鉄で形成されていた．水酸化鉄部分は，鉄還元バクテリアに特有のツイストをした組織を持ち，Zetaproteobacteria (Mariprofundus ferrooxydans : Hoshino et al., 2016)である． 一方，Westサイトでは．1-2mの水酸化鉄沈殿層が確認されている．本層の水酸化鉄には，バクテリアの痕跡がほとんどなく，水酸化鉄コロイドや火山性細粒堆積物が互層をする．
海底表層コア試料(約40 cm：2020年10月取得)について間隙水元素測定を行った結果，海底表層から下に向かってpHの値は海水に近い7.5から熱水に近い5.8程度まで下がり，FeやMn，Siといった元素の濃度が増加した．さらに別の海底コア試料（2020年取得）から採取した試料のXRDを行った結果，堆積物上部(10~20 cmbsf)からはゲーサイト，それ以深からはシデライトのピークが得られた．このシデライトはSEM観察においてこのシデライトは菱形の自形を表していた． つまり，Westサイトでは水塊表層付近では鉄の無機酸化が生じ，まず，水酸化鉄の初生物やゲーサイトの前駆体であるフェリハイドライトとして個体析出する．海水との混合により生じるpHの上昇は，沈殿途中の水酸化鉄の凝集を強く支配していると考えられる．沈殿後，表層付近で一部はゲーサイトに変化し，20-40cmほどから非晶質の水酸化鉄堆積物の再還元・もしくは2価鉄を含む温泉水によりシデライトの形成が考えられる．シデライト結晶は堆積物内でより成長していると考えられる．これは，太古代で見られるシデライトBIFにおいても，堆積直後にはすでに形成可能であることを示唆している．
このように，薩摩硫黄島長浜湾では，2価鉄を含む温泉水の流出により，１）微生物が寄与した水酸化鉄チムニーの形成，２）化学的な水酸化鉄形成がみられる．また，海岸線には，水酸化鉄をまとった砂（グラニュール）が広がっている．長浜湾の鉄沈殿物は，太古代/原生代のBIF, GIF, 顕生代の鉄層などの堆積場を考える上で重要な化学的・生物学的なヒントが観察される．
本発表では，長浜湾における熱水湧出場の特定やチムニーマウンドおよび堆積層における鉄の酸化・沈殿プロセスについて，水酸化鉄の形成・沈殿・沈殿後の続成最初期状況について検討を行った．コア試料は潜水により取得し，堆積物トラップは半年ごとに追加しながら，連続9xrd年間の試料を取得しており，実際の地層に残される堆積層との比較を行っている．取得した試料は，すぐに高知大学海洋総合コアセンターに運び，冷蔵して保存し，記載，CTスキャン，化学分析を行っている．海水の分析: ICP-OES, 結晶構造:XRD（ともに九州大学）を使用した．
海底湧出場所の特定のために，湾内の船付き場（East and West sites）および海岸線における赤外線サーモグラフィドローン探査を行った．結果，今まで明らかでなかった湾内の複数箇所で熱水噴出源が特定され，弱酸性熱水が海水面に広がる様子が見られた．また水質の測定では，海水面付近付近では相対的に低いpH，ORP，EC値と高い濁度を示し，特にpHと濁度値は強い相関を示し，表層付近でpHは最小で濁度は最大であった．海中カメラの水塊画像においても，表層では濁りが強く，海底付近（pH≈8）では析出物の凝集が進み，濁りが弱くなっている．
Eastサイトでは，チムニーマウンドが形成されており，比較的古いマウンドについてCTスキャン，薄片観察，電顕観察，微生物(DNA)解析などを行った．マウンドには，細いパイプ上の熱水の抜け後がみられ，パイプはバクテリア形体をした水酸化鉄で形成されていた．水酸化鉄部分は，鉄還元バクテリアに特有のツイストをした組織を持ち，Zetaproteobacteria (Mariprofundus ferrooxydans : Hoshino et al., 2016)である． 一方，Westサイトでは．1-2mの水酸化鉄沈殿層が確認されている．本層の水酸化鉄には，バクテリアの痕跡がほとんどなく，水酸化鉄コロイドや火山性細粒堆積物が互層をする．
海底表層コア試料(約40 cm：2020年10月取得)について間隙水元素測定を行った結果，海底表層から下に向かってpHの値は海水に近い7.5から熱水に近い5.8程度まで下がり，FeやMn，Siといった元素の濃度が増加した．さらに別の海底コア試料（2020年取得）から採取した試料のXRDを行った結果，堆積物上部(10~20 cmbsf)からはゲーサイト，それ以深からはシデライトのピークが得られた．このシデライトはSEM観察においてこのシデライトは菱形の自形を表していた． つまり，Westサイトでは水塊表層付近では鉄の無機酸化が生じ，まず，水酸化鉄の初生物やゲーサイトの前駆体であるフェリハイドライトとして個体析出する．海水との混合により生じるpHの上昇は，沈殿途中の水酸化鉄の凝集を強く支配していると考えられる．沈殿後，表層付近で一部はゲーサイトに変化し，20-40cmほどから非晶質の水酸化鉄堆積物の再還元・もしくは2価鉄を含む温泉水によりシデライトの形成が考えられる．シデライト結晶は堆積物内でより成長していると考えられる．これは，太古代で見られるシデライトBIFにおいても，堆積直後にはすでに形成可能であることを示唆している．
このように，薩摩硫黄島長浜湾では，2価鉄を含む温泉水の流出により，１）微生物が寄与した水酸化鉄チムニーの形成，２）化学的な水酸化鉄形成がみられる．また，海岸線には，水酸化鉄をまとった砂（グラニュール）が広がっている．長浜湾の鉄沈殿物は，太古代/原生代のBIF, GIF, 顕生代の鉄層などの堆積場を考える上で重要な化学的・生物学的なヒントが観察される．