16:45 〜 17:00
[MIS17-12] 岩石ー水相互作用研究 ジェネレーションα
岩石の化学反応（溶解析出反応）は水の化学組成に影響を与え、はたまた水の化学組成は岩石の化学反応に影響を与える。岩石―水相互作用は、このような岩石と水が相互に影響しあうプロセスを指すものである。現在、岩石―水相互作用研究は、火成作用、変成岩作用、海洋底熱水変質作用、元素循環、地球内外における生命科学のみならず、工学分野（地下水中の汚染物質の輸送、地熱流体の循環、熱水鉱床の形成、放射性廃棄物の地層処分、CO2貯留など）など幅広い領域にわたって活発な研究が行われている。
地化学計算は、岩石や流体の熱力学に基づき、さまざまな温度、圧力、酸化還元状態における化学種の安定性を評価し、岩石―水相互作用現象の定量的な解釈と予測を与えるものである。このような地化学計算は、高温高圧下における鉱物および水溶液種の平衡定数をもとに行われている。平衡定数の予測に関して最も一般的で広く使用されているアプローチは、1970-1980年代にHelgesonらによって開発されたHKF状態方程式である。その後開発されたSUPCRT92 (Johnson et al., 1992)の登場によって、HKF式に基づき、任意の温度・圧力条件における平衡定数を広く一般に利用できるようになった。しかし、HKF式の適用範囲は0.5 GPa以下であり、水の密度が0.35 g cm-1以上の温度圧力条件に限られていた。そのため、沈み込み帯はもちろん、低密度流体が重要である特定の地熱貯留層や鉱床において、地化学計算に基づく岩石―水相互作用の定量的評価は数十年に渡って不可能であった。
しかし近年、HKF式の適用範囲が理論的に拡張されることにより、これまで適用不可能だったテクトニックセッティングにおいても、地化学計算に基づき岩石―水相互作用の定量的な解釈と予測がなされるようになった。 Sverjensky et al. (2013) によりDeep Earth Water（DEW）モデルが開発され、HKF式の適用圧力範囲が6.0 GPaまで拡張された。また、水の密度が0.35 g cm-1以下の温度圧力条件においても、経験的なモデルを用いることでもっともらしい平衡定数を求めることができることが明らかになりつつある(e.g., Okamoto et al. 2021)。本講演では、これらの岩石―水相互作用のフロンティア領域とも呼ぶべきテクトニックセッティングにおいて、地化学計算の適用事例や明らかにされたことを紹介する。
References
Johnson, J. W., Oelkers, E. H., & Helgeson, H. C. (1992). SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000 C. Computers & Geosciences, 18(7), 899-947.
Sverjensky, D. A., Harrison, B., & Azzolini, D. (2014). Water in the deep Earth: The dielectric constant and the solubilities of quartz and corundum to 60 kb and 1200 C. Geochimica et Cosmochimica Acta, 129, 125-145.
Okamoto, A., Ishii, H., Oyanagi, R., & Tsuchiya, N. (2021). Albite–K-feldspar–quartz equilibria in hydrothermal fluids at 400, 420° C and 20–35 MPa: Experimental measurements and thermodynamic calculations. Geothermics, 94, 102109.
地化学計算は、岩石や流体の熱力学に基づき、さまざまな温度、圧力、酸化還元状態における化学種の安定性を評価し、岩石―水相互作用現象の定量的な解釈と予測を与えるものである。このような地化学計算は、高温高圧下における鉱物および水溶液種の平衡定数をもとに行われている。平衡定数の予測に関して最も一般的で広く使用されているアプローチは、1970-1980年代にHelgesonらによって開発されたHKF状態方程式である。その後開発されたSUPCRT92 (Johnson et al., 1992)の登場によって、HKF式に基づき、任意の温度・圧力条件における平衡定数を広く一般に利用できるようになった。しかし、HKF式の適用範囲は0.5 GPa以下であり、水の密度が0.35 g cm-1以上の温度圧力条件に限られていた。そのため、沈み込み帯はもちろん、低密度流体が重要である特定の地熱貯留層や鉱床において、地化学計算に基づく岩石―水相互作用の定量的評価は数十年に渡って不可能であった。
しかし近年、HKF式の適用範囲が理論的に拡張されることにより、これまで適用不可能だったテクトニックセッティングにおいても、地化学計算に基づき岩石―水相互作用の定量的な解釈と予測がなされるようになった。 Sverjensky et al. (2013) によりDeep Earth Water（DEW）モデルが開発され、HKF式の適用圧力範囲が6.0 GPaまで拡張された。また、水の密度が0.35 g cm-1以下の温度圧力条件においても、経験的なモデルを用いることでもっともらしい平衡定数を求めることができることが明らかになりつつある(e.g., Okamoto et al. 2021)。本講演では、これらの岩石―水相互作用のフロンティア領域とも呼ぶべきテクトニックセッティングにおいて、地化学計算の適用事例や明らかにされたことを紹介する。
References
Johnson, J. W., Oelkers, E. H., & Helgeson, H. C. (1992). SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000 C. Computers & Geosciences, 18(7), 899-947.
Sverjensky, D. A., Harrison, B., & Azzolini, D. (2014). Water in the deep Earth: The dielectric constant and the solubilities of quartz and corundum to 60 kb and 1200 C. Geochimica et Cosmochimica Acta, 129, 125-145.
Okamoto, A., Ishii, H., Oyanagi, R., & Tsuchiya, N. (2021). Albite–K-feldspar–quartz equilibria in hydrothermal fluids at 400, 420° C and 20–35 MPa: Experimental measurements and thermodynamic calculations. Geothermics, 94, 102109.