9:30 AM - 9:45 AM
[T7-O-2] (entry) Long-term variation of factors controlling REE-rich mud formation based on a box-model simulation of ocean-sediment Nd mass balance
★「日本地質学会学生優秀発表賞」受賞★
Keywords:REE-rich mud, neodymium, mass balance, box model, seafloor sedment
レアアースに富む深海堆積物である「レアアース泥」は，新規レアアース資源として開発が期待されている [1]．これまでの研究において，レアアース泥の品位や分布にはバリエーションが認められており，こうしたバリエーションを生じさせている因子を理解することは，今後の開発に向けた有望海域を推定する上で重要な手掛かりとなると考えられる.
こうしたレアアース泥の組成バリエーションは，堆積速度や魚類の生産性といった海洋環境の長期変動とそれに伴う海洋-堆積物間の物質収支の変動により生じてきたことが示唆されている [2, 3]．これらの知見はいずれも，様々な海域の堆積物試料に対する鉱物学的・地球化学的分析に基づいて得られてきた．その一方で，これらの因子がレアアース泥の生成にもたらす影響について広域的かつ定量的に議論を行うには，数理モデルを用いた理論的アプローチが有効であると期待される.
そこで本研究では，太平洋全域を対象とする海洋-堆積物間のNd質量収支ボックスモデルを構築し，レアアース泥の生成に関連する環境因子について定量的検討を行なった．本モデルでは， 近年注目されている海水-堆積物間のレアアース収支に関する相互作用を組み込み，堆積物から海洋へのレアアースの流出を考慮すると共に，大陸からのダストフラックスと堆積速度を明示的に関連づけるなど，より現実に即したシミュレーションが可能となっている．
構築したモデルを用いて，レアアース泥生成の支配因子を検討した．最初に，モデルの感度分析を行なった結果，大陸縁辺域から海洋へのレアアースの流出がレアアース泥の品位に対して大きな影響を与えることが明らかとなった．次に，様々な地質記録から推定される炭酸塩補償深度や大陸のケイ酸塩岩風化強度，ダストフラックス，および全球的な海水準 (大陸縁辺域の面積に影響する) の長期変動を強制力としてモデルに与え，レアアース泥生成の長期シミュレーションを行なった．その結果，実際の遠洋性堆積物コア試料に見られるレアアース泥品位の増減の傾向を概ね再現できることが明らかとなった．しかしながら，本研究のシミュレーションでは，一部の海域のレアアース泥に特徴的に見られる顕著に大きなレアアース濃度ピークを再現することはできなかった．これを再現するには，堆積物中でレアアースを濃集するBCP (Biogenic Calcium Phosphate) フラックスの寄与をモデルに組み込むなど，海洋生態系の変遷も考慮したモデルへと改良する必要があると考えられる．
[1] Kato, Y. et al. (2011) Nature Geoscience 4, 535-539.
[2] Yasukawa et al. (2016) Scientific Reports 6, 29603.
[3] Mimura (2021) The University of Tokyo, Ph. D. thesis.
こうしたレアアース泥の組成バリエーションは，堆積速度や魚類の生産性といった海洋環境の長期変動とそれに伴う海洋-堆積物間の物質収支の変動により生じてきたことが示唆されている [2, 3]．これらの知見はいずれも，様々な海域の堆積物試料に対する鉱物学的・地球化学的分析に基づいて得られてきた．その一方で，これらの因子がレアアース泥の生成にもたらす影響について広域的かつ定量的に議論を行うには，数理モデルを用いた理論的アプローチが有効であると期待される.
そこで本研究では，太平洋全域を対象とする海洋-堆積物間のNd質量収支ボックスモデルを構築し，レアアース泥の生成に関連する環境因子について定量的検討を行なった．本モデルでは， 近年注目されている海水-堆積物間のレアアース収支に関する相互作用を組み込み，堆積物から海洋へのレアアースの流出を考慮すると共に，大陸からのダストフラックスと堆積速度を明示的に関連づけるなど，より現実に即したシミュレーションが可能となっている．
構築したモデルを用いて，レアアース泥生成の支配因子を検討した．最初に，モデルの感度分析を行なった結果，大陸縁辺域から海洋へのレアアースの流出がレアアース泥の品位に対して大きな影響を与えることが明らかとなった．次に，様々な地質記録から推定される炭酸塩補償深度や大陸のケイ酸塩岩風化強度，ダストフラックス，および全球的な海水準 (大陸縁辺域の面積に影響する) の長期変動を強制力としてモデルに与え，レアアース泥生成の長期シミュレーションを行なった．その結果，実際の遠洋性堆積物コア試料に見られるレアアース泥品位の増減の傾向を概ね再現できることが明らかとなった．しかしながら，本研究のシミュレーションでは，一部の海域のレアアース泥に特徴的に見られる顕著に大きなレアアース濃度ピークを再現することはできなかった．これを再現するには，堆積物中でレアアースを濃集するBCP (Biogenic Calcium Phosphate) フラックスの寄与をモデルに組み込むなど，海洋生態系の変遷も考慮したモデルへと改良する必要があると考えられる．
[1] Kato, Y. et al. (2011) Nature Geoscience 4, 535-539.
[2] Yasukawa et al. (2016) Scientific Reports 6, 29603.
[3] Mimura (2021) The University of Tokyo, Ph. D. thesis.