[2poster01-25] T2［Topic Session］Metamorphic rocks and tectonics

[T2-P-17] (entry) Spatial distribution of Fe(III) during serpentinization of the lower crust-upper mantle of the Oman ophiolite: Insights from multiscale observations

*【ECS】Kazuki Yoshida¹, Atsushi Okamoto¹, Ryosuke Oyanagi², Masakazu Fujii^3,4, Yasuhiro Niwa^4,5, Yasuo Takeichi⁶, Masao Kimura^4,5 (1. Tohoku University, 2. Kokushikan University, 3. National Institute of Polar Research, 4. The Graduate University for Advanced Studies, 5. High Energy Accelerator Research Organization, 6. Osaka University)

Keywords:Serpentinization, Redox state, XAFS

海洋リソスフェアの蛇紋岩化による水素生成は、深部生物圏の維持に重要な役割を果たしていると考えられており、関心が高まっている。しかし、海洋底における下部地殻―上部マントルにかけての地下深部の試料は技術的困難からいまだに得られておらず、海洋リソスフィア深部における水素発生メカニズムは不明な点が多い。本研究では、海洋リソスフィアのアナログであるオマーンオフィオライトの陸上掘削試料の全岩分析からナノスケール構造観察にわたるマルチスケール観察から、海洋リソスフェアの下部地殻-上部マントルにおける水素生成プロセスを明らかにすることを目的とする。
オマーン掘削プロジェクトのCM1A（掘削深さ404 m）とCM2B（掘削深さ300 m）で採取された下部地殻から上部マントルの蛇紋岩（合計78試料）について、蛍光X線分析、X線吸収微細構造（XAFS）解析、熱重量分析および飽和磁化測定を行うことで、蛇紋岩に含まれる鉄の量および酸化還元状態、含水鉱物の重量比、マグネタイトの量を調べた。XAFS測定は高エネルギー加速器研究機構(KEK)フォトンファクトリー(PF)のBL-12Cビームラインで行い、飽和磁化測定は高知大学海洋コア国際研究所の振動試料磁力計（VSM）で測定した。
地殻-マントル遷移層のダナイトと上部マントルのハルツバージャイトは掘削コア全体にわたりほぼ均質に蛇紋岩化している。ダナイトはハルツバージャイトよりもブルーサイトおよびマグネタイトを多く含んでおり、マグネタイト量は深さ方向に対して系統的な変化は見られなかった。ダナイトは一部の試料を除いて完全に蛇紋岩化しており、蛇紋石、ブルーサイト、マグネタイト、Crスピネルからなる。上部マントルのハルツバージャイトは70-90%蛇紋岩化しており、蛇紋石、ブルーサイト、マグネタイト、カンラン石、輝石、Crスピネルからなる。ブルーサイトの一部は風化しており、コーリング石に変化していた。ハルツバージャイト中のマグネタイトはメッシュリムに脈状に存在しているのに対して、ダナイト中には粒子状のマグネタイトが均質に分布していた。ダナイト中に観察された粒子状マグネタイトをより詳細に調べるために、放射光CT（KEK PF-AR NW2A）によるナノスケール組織観察を行った。その結果、蛇紋岩化したカンラン石と新鮮なカンラン石にはプレート状の同一形状のマグネタイト粒子が観察された。このことから、このプレート状マグネタイト粒子は蛇紋岩化前から存在しており、ダナイト中のマグネタイトの30-70 wt%は蛇紋岩化する前に形成されたことが示唆された。
これらの岩石中のFe(III)の空間分布を明らかにするために、PF-AR NW2Aで2次元イメージングXAFS測定を行った。その結果、Fe(III)は主に蛇紋石、マグネタイト、コーリング石に分布していることが明らかになった。また、蛇紋石はFe(III)/ΣFe=0.4±0.1という高い比率を示し、これはダナイトとハルツバージャイトの間で大きな差はなかった。ダナイトとハルツバージャイトのいずれにおいても、全岩石中の全Fe(III)の約20-30%が蛇紋石に含まれている。これらの結果は、マグネタイトが形成されにくい上部マントルのハルツバージャイトにおいても、Fe(III)に富む蛇紋石の形成によって水素が生成される可能性を示唆している。