[S-CG71] [EJ] 海洋底地球科学

[SCG71-18] 沖縄トラフ野甫熱水サイトにおける掘削孔近傍での海底温度・圧力計測の試み

*木下 正高^1,2、正木 裕香²、谷川 亘²、濱田 洋平²、野崎 達生²、熊谷 英憲²、山本 啓之² (1.東京大学地震研究所、2.海洋研究開発機構)

キーワード：熱流量、沖縄トラフ、熱水循環

海底熱水鉱床がどのように成長するかは，地下のマグマによる熱の供給量に加えて，いかに効率よく海水を循環させ，岩石中の金属などを溶融させて海水中に運ぶという，水理学的特性が重要である．これまで海底熱水域での熱水噴出・湧出の観測，あるいは掘削孔内観測により，地下の熱水たまりの規模や浸透率が推定されている．特に熱水噴出域掘削（ファンデフカ海嶺や中部沖縄トラフなど）では，掘削直後に孔から黒い熱水が噴き出す様子が観察されている．このような「現場実験」の結果，地下の圧力は減少し，その結果，特に孔の周囲から海水の吸い込みが増大するなど，熱水循環系の変化が起きることは容易に想像できる．掘削に先立ち孔の近傍で必要な観測を行っていれば，そのような吸い込みなど，掘削に起因する時間変化が捉えることができ，その様子から地下の水理特性が推定できる貴重なチャンスとなる．

　中部沖縄トラフにある伊平屋小海嶺（野甫サイト）において，2016年2月~3月に「ちきゅう」による熱水噴出域掘削が実施された．我々は，掘削の直前(半日前）に，掘削孔（C9017）の100m東南東の堆積物で覆われた海底に，熱流量プローブおよび海底温度・圧力計測装置を設置した．熱流量プローブは温度計5本が1mのプローブ内部に装填され，地中の温度を1分間隔で計測する．海底温度圧力装置は2台の精密水圧計と2台の温度計からなり，海底に10㎝程度突き刺して，1秒間隔で計測を行う．両装置は掘削後，2016年11月に無事回収された．

C9017孔での掘削は，2/16から3/4まで，3孔で実施された．掘削後に熱水が噴出しているのが確認されたが，100m離れた海底観測装置には特段の変化が見られなかった．BAYTAPによる理論潮汐との比較では，圧力値はほぼ海面高変動（高低差約1m）をそのまま記録しているようである．一方温度にも半日周期等の変動が明瞭に観測されるが，さらに約6時間周期で+0.1K程度の正の温度異常(海水温度)も生じている．海底付近の海水の流れ場が分からないので確定的なことは言えないが，おそらくは海洋潮汐に伴う底層流があり，M2周期で行ったりきたりする（つまり6時間ごとに反対向きの流れが装置の上を通過する）と考え，その上流側（両側）に熱源があると考えると説明がつくかもしれない．

熱流量プローブの温度記録は，深くなるに従い変動の振幅が減衰し，位相が遅延している．これは上述のような海水温度変動地下に熱拡散で浸透しているためと考え，適当な熱拡散率（2.4e-7 m^2/s)を与えるとすべての観測温度がよく説明できることが分かった．すなわちプローブの温度変化の要因は，海水の温度変化が拡散のみで地中に伝搬したことであると考えられる．なお得られた温度から計算された温度勾配は6.84(+/- 0.04) K/mとかなり高い値であったが，温度プロファイルは直線的であり，その点からも地中の間隙水流動の兆候は見られない．
今後は，掘削孔自体に取り付けられた流速計データなどとの相関についても検討する予定であるが，このような実験のためには，おそらくさらに掘削孔に近い場所での観測が必要であろうと推測する．