研究紹介

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野坂 俊夫:研究紹介

研究テーマ:下部地殻~上部マントルの変成作用とリソスフェアダイナミクス

  1. 海洋性リソスフェアにおける岩石-水相互作用とテクトニクス
  2. オフィオライトかんらん岩の変質・変形履歴
  3. 蛇紋岩の脱水変成作用
  4. 深部捕獲岩の成因と大陸性下部地殻の成長
  5. ユーラシア大陸東部の広域変成作用とテクトニクス

最近の国際共同研究プロジェクト

  1. 東太平洋海膨近傍の海洋下部地殻の変質作用(IODP:欧米亜各国)
  2. エジプト東部砂漠地帯のオフィオライト(エジプト)
  3. 大西洋中央海嶺近傍のコアコンプレックス(IODP:欧米亜各国)
  4. モホールプロジェクト(IODP:欧米亜各国)
  5. 中国,内モンゴルのオフィオライト(中国)
内モンゴル賀根山蛇緑岩体遠望 大草原の真只中の山並に,太古の海洋底が露出している。
玄武岩中のカンラン岩捕獲岩 マグマによって運ばれてきたマントルからの手紙。
アゾレスに停泊中の掘削船JOIDES Resolution号 船上に組まれたやぐらからパイプを下ろし,海洋底を掘削する。
JOIDES Resolution船内の様子 大西洋の海底下から採取された岩石を前に議論白熱。
流動する岩石“蛇紋岩マイロナイト” 八方尾根に産する蛇紋岩マイロナイトの顕微鏡写真(幅5.7mm)。マントルの岩石が水と反応し,塑性変形したもの。
太平洋の地殻最下部を構成する斑れい岩類 IODP第345次航海でHess Deep Riftから掘削 (Gillis et al., 2014)。

主要な研究成果

以下は,自分で書いた(筆頭著者として執筆した)論文の要点をまとめたもの。学術雑誌に発表した論文では,単なる地域地質の記載に止まらず,発見した事実の示唆する普遍的法則性,あるいは研究手法の一般的有効性の提示を目指してきた。

1. 海洋性リソスフェアにおける岩石-水相互作用とテクトニクス

海洋リソスフェアの海水・熱水との反応による化学的改変と,そのテクトニクスへの影響を明らかにすることを目的として,海洋底から得られた岩石試料の研究を行い,以下のような成果を得た。

  • 低速度拡大海嶺近傍にしばしば形成されるドーム状山塊(海洋性コアコンプレックス)の代表的な一つであるAtlantis Massifの主体を構成するかんらん石斑れい岩類が熱水性脈に貫かれており,その周辺に累帯性変質帯が生じていることを発見した。詳細な観察と熱力学的考察に基づいて,この変質帯が比較的高温(450℃以上)での継続的な熱水浸透によって生じたことを明らかにした。かんらん岩ー斑れい岩境界におけるこのような高温変質作用が,全ての海洋性コアコンプレックスの隆起の引き金となっている可能性が高いこと(したがって低速度拡大海嶺近傍のテクトニクスを決定付ける重要な要素であること)を示した(Nozaka et al., 2011)。
  • Atlantis Massifの斑れい岩類中に,これまでに海洋底斑れい岩からは報告例のない粘土鉱物類(タルク+サポナイト混合相とバーミキュライト)を発見した。それらの粘土鉱物の生成は,下部地殻斑れい岩が比較的速く上昇したため,緑色片岩相(300℃前後)での変質を受けることなく,低温酸化条件下で海水と反応したことを示唆している(Nozaka et al., 2008)。またこの研究過程で,光学顕微鏡,電子線マイクロアナライザーおよびラマン分光分析法を組み合わせた非破壊的分析方法が,海洋地殻に産する粘土鉱物の新たな同定法として有効であることを示した。
  • 海洋底かんらん岩の変質作用の文献調査を行い,かんらん石と輝石の差別的変質過程が,地震波速度の低下とモホ面の深度を規定している可能性があることを指摘した(野坂,2008)。
  • 蛇紋岩化作用に伴う水素生成反応に関する文献調査を行い,磁鉄鉱の生成と蛇紋岩化作用について,解明すべき課題があることを指摘した(野坂,2012)。
2. オフィオライトかんらん岩の変質・変形履歴

陸上に露出した海洋リソスフェアの断片であるオフィオライトを研究材料として,海洋リソスフェアや上部マントル物質の上昇運動に伴う化学的・物理的改変の諸過程を明らかにした。

  • 飛騨山脈の八方超苦鉄質岩体と一連のオフィオライト・ベルトに属する,前弧起源の大江山オフィオライトにおいて,かんらん石+フロゴパイトから成る交代性脈と,その脈に貫入されたかんらん石の組成不均質性を発見した。この交代作用はかんらん岩の塑性変形とほぼ同時に同じ温度条件で起こっており,さらにかんらん石結晶内での元素拡散が十分に起こっていないことから,沈み込むスラブから供給された水溶性流体の添加が,マントルウェッジの軟化と前弧かんらん岩の急激な上昇を引き起こしたものと考えられる(Nozaka, 2014)。
  • 飛騨山脈の八方超苦鉄質岩体から蛇紋岩マイロナイトを発見した。このタイプの岩石は海洋域では産出せず,島弧などのプレート収束帯で特徴的なものであることを示した。さらに岩石組織と鉱物組成の解析に基づいて,八方岩体が温度条件の異なる2段階の塑性変形を受けたことを明らかにし,島弧におけるマントルかんらん岩の上昇運動が,温度低下に伴う水の浸透と塑性変形作用の相互促進効果によって進行することを示した(Nozaka, 2005)。
  • 八方岩体の蛇紋岩マイロナイトにおける蛇紋岩化作用は,変形作用と同時に比較的高温(400~600℃)で,かんらん石+トレモラ閃石からアンチゴライト+透輝石を生ずる反応により進行したものであることを実証した(Nozaka, 2005)。このような蛇紋岩の形成過程が,一般的な蛇紋岩(造山帯に産する昇温的なアンチゴライト片岩や海洋底に産するリザダイトを主とする蛇紋岩)とは明らかに異なっていることを強調するために,これを“高温蛇紋岩化作用high-temperature serpentinization”と呼んだ。
  • 変成超苦鉄質岩において,昇温(温度上昇)変成作用で生じたトレモラ閃石と後退(温度降下)変成作用で生じたトレモラ閃石の間に,Na/Si比の明瞭な差異を見出し,これが世界各地のオフィオライトかんらん岩の変成-テクトニック履歴の指標として有効であることを示した(Nozaka, 2005)。
  • オフィオライトかんらん岩中のかんらん石に,しばしば劈開状の直線的な割れ目が発達することは古くから注目されてきたが,その成因については諸説あった。そこでかんらん石の化学組成と結晶方位,およびアンチゴライトの産状を調べ,劈開性かんらん石が比較的低温での変形・変質作用に起因したものであることを明らかにした(Nozaka and Ito, 2011)。この研究によって,劈開性かんらん石の定向配列の測定が,沈み込み帯の上部マントルの応力場解析に有効な手段となり得ることを示した。
  • かんらん岩の蛇紋岩化作用の際に生じた還元性流体が,高圧変成帯における酸素フュガシティーの外的緩衝材として作用し,その結果,蛇紋岩近傍に産する青色片岩がほぼ一定かつ低いFe3+/Fe2+比を持っていることを明らかにした(Nozaka, 1999)。これは高圧変成帯では酸素分圧が蛇紋岩によって制御されていることを示す証拠であり,沈み込み帯における水素の移動性(あるいは見かけ上の酸素の移動性)と酸化還元状態の基礎的理解に貢献するものである。
3. 蛇紋岩の脱水(昇温)変成作用

水和したマントルかんらん岩(蛇紋岩)の脱水反応は,日本列島などの島弧周辺の地震や火山活動の一因ともなる重要なプロセスである。西南日本各地に点在する変成蛇紋岩体の岩石学的研究を行い,蛇紋岩の脱水変成作用に対する制約条件を明示した。

  • 蛇紋岩の昇温変成作用における非珪酸塩鉱物(磁鉄鉱,ペントランド鉱,アワル鉱など)の分解は,従来考えられていたよりも低温(400℃以下)で起こり始め,その結果かんらん石や斜方輝石などの珪酸塩鉱物に著しい組成不均質性が生じることを示した(Nozaka, 2003)。蛇紋石と磁鉄鉱は水和した超苦鉄質岩中に普遍的に産する鉱物であり,ここで得られた新知見は,上部マントル物質と水との相互作用に基本的な制約条件を与える。
  • 直閃石は変成蛇紋岩に普通に産することが予想されるにもかかわらず,出現したりしなかったりする鉱物である。このような直閃石の偏在は古くから知られていたが,その理由は分かっていなかった。そこで直閃石の産する岩体と産しない岩体の地質学的・岩石学的特徴を詳細に比較検討した結果,直閃石の偏在は,結晶核形成反応速度が小さいことが主要因である可能性が高く,特に熱変成作用の場合には,熱源マグマの熱量が直閃石生成反応の進行に大きな影響を及ぼすことを示した(Nozaka, 2011)。
4. 深部捕獲岩の成因と大陸性下部地殻の成長

日本列島のような大陸縁辺部の島弧における下部地殻形成過程は,大陸地殻の生長メカニズムを解明するために不可欠な情報である。大陸地殻の生長は地球の進化の中で最も重要な過程のひとつである。その実態を探るべく,西南日本の新生代玄武岩中に包有される深部起源の捕獲岩の分析を行った。

  • 輝岩,斑れい岩およびアノーソサイト捕獲岩中に,相当量のざくろ石分解生成物(かんらん石-斜長石-スピネルの細粒集合体),藍晶石,およびコランダムを発見した(Nozaka, 1990, 1997)。
  • 捕獲岩中の鉱物間の反応組織の解析と平衡温度条件の見積もりを行い,下部地殻~上部マントルにおける地下構造と地温勾配を推定した。また岩石組織の観察によって,透輝石+コランダム → 斜長石+スピネルという反応関係を見出し,熱力学的計算によってそれらの鉱物共生の安定条件を確定した(Nozaka, 1997)。
  • 西南日本弧の下部地殻が,背弧起源の玄武岩質マグマのモホ面直下への底付けによって厚く生長したものであり,その際にマグマと既存の古い地殻物質が反応してアルミ過剰な塩基性および超塩基性岩が生じたことを示唆する証拠を示した(Nozaka, 1997)。
5. ユーラシア大陸東部の広域変成作用とテクトニクス

ユーラシア東部の地質構造発達史の解明を目指して,日本を含むアジア諸国において様々な時代の地層・岩体の野外調査と岩石学的研究を行い,以下のような成果を得た。

  • 内モンゴルに露出する賀根山オフィオライトが中央海嶺起源であることと,中生代に中圧型変成作用を受けたことを明らかにし,華北地塊とシベリア地塊の衝突時期,および大興安嶺山脈形成との関連性を示唆する証拠を提示した(Nozaka and Liu, 2002)。シベリア地塊と華北地塊の衝突はアジアのテクトニクスにおける第一級の大事件であり,今後の議論に対する重要な制約条件が得られた。
  • 山陰地方に産する低圧型変成岩類と,北陸地方に産する中・低圧変成岩類の化学的特徴を明らかにし,古生代における両地域の不連続性を示唆する証拠を提示した(Nozaka et al., 2003)。この成果は,日本列島の地質構造発達史の制約条件となる。

その他の論文とレポート(下記文献リスト参照)の多くは,岩石学を中心とした地域地質学的研究である。個々の内容と結論は(自分が筆頭で執筆したものに限って言えば)必ずしも大きなインパクトを持つものではないが,いずれも海洋リソスフェアの進化やアジアのテクトニクス,あるいは地元岡山の自然をより良く理解するのに役立つものと期待される。

公表論文等リスト

論文

Nozaka, T. (2014) Comment on "Dehydration breakdown of antigorite and the formation of B-type olivine CPO" by Nagaya et al. (2014) Earth and Planetary Science Letters (in press).

Nozaka, T. (2014) Metasomatic hydration of the Oeyama forearc peridotites: Tectonic implications. Lithos, 184-187, 346-360.

Gillis, K.M., Snow, J.E., Klaus, A., Abe, N., Adrião, A.B., Akizawa, N., Ceuleneer, G., Cheadle, M.J., Faak1, K., Falloon, T.J., Friedman, S.A., Godard, M., Guerin, G., Harigane, Y., Horst, A.J., Hoshide, T., Ildefonse, B., Jean, M.M., John, B.E., Koepke, J., Machi, M., Maeda, J., Marks, N.E., McCaig, A.M., Meyer, R., Morris, A., Nozaka, T., Python, M., Saha, A. and Wintsch, R.P. (2014) Primitive layered gabbros from fast-spreading lower oceanic crust. Nature, 505, 204-207.

野坂俊夫(2012)蛇紋岩化作用における水素の発生に対する岩石学的制約条件.岩石鉱物科学,41, 174-184.

Blackman, D.K., Ildefonse, B., John, B.E., Ohara, Y., Miller, D.J. and IODP 304-305 Science Party. (2011) Drilling Constraints on Lithospheric Accretion and Evolution at Atlantis Massif, Mid-Atlantic Ridge 30ºN. Journal of Geophysical Research, in press. 116, B07103, doi: 10.1029/2010JB007931.

Nozaka, T. (2011) Constraints on anthophyllite formation in thermally metamorphosed peridotites from southwestern Japan. Journal of Metamorphic Geology, 29, 385-398.

Nozaka, T. and Fryer, P. (2011) Alteration of the oceanic lower crust at a slow-spreading axis: insight from vein-related zoned halos in olivine gabbro from Atlantis Massif, Mid-Atlantic Ridge. Journal of Petrology, 52, 643-664.

Nozaka, T. and Ito, Y. (2011) Cleavable olivine in serpentinite mylonites from the Oeyama ophiolite. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 106, 36-50.

Kakiya, S., Kudo, K., Nishikubo, Y., Oku, K., Nishibori, E., Sawa, H., Yamamoto, T., Nozaka, T. and Nohara, M. (2011) Superconductivity at 38K in the iron-based compound with platinum-arsenide layers Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5. Journal of the Physical Society of Japan, 80, 093704, doi: 10.1143/JPSJ.80.093704.

Nozaka, T. (2010) A note on compositional variation of olivine and pyroxene in thermally metamorphosed ultramafic complexes from SW Japan. Okayama University Earth Science Reports, 17, 1-5.

Nozaka, T., Fryer, P. and Andreani, M. (2008) Formation of clay minerals and exhumation of lower-crustal rocks at Atlantis Massif, Mid-Atlantic Ridge. Geochemistry Geophysics Geosystems, 9, Q11005, doi:10.1029/2008GC002207.

Michibayashi, K., Hirose, T., Nozaka, T., Hariagane Y., Escartin J., Delius, H., Linek, M. and Ohara, Y. (2008) Hydration due to high-T brittle failure within in situ oceanic crust, 30°N Mid-Atlantic Ridge. Earth and Planetary Science Letters, 275, 348-354.

野坂俊夫(2008)海洋下部地殻および上部マントルの変質作用と変質鉱物.地学雑誌,117,253-267.

Ildefonse, B., Blackman, D.K. John, B.E., Ohara, Y., Miller, D.J., MacLeod, C.J. and IODP Expeditions 304/305 Science Party (2007) Oceanic core complexes and crustal accretion at slow-spreading ridges. Geology, 35, 623-626.

Rahman, M.J.J., Suzuki, S. and Nozaka, T. (2006) Detrital garnet chemistry of the subsurface Neogene reservoir sandstones from the Surma Group in the Bengal Basin, Bangladesh: Implications for provenance. Bangladesh Geoscience Journal, 12, 13-26.

Nozaka, T. (2005) Metamorphic history of serpentinite mylonites from the Happo ultramafic complex, central Japan. Journal of Metamorphic Geology, 23, 711-723.

Nozaka,T. (2003) Compositional heterogeneity of olivine in thermally metamorphosed serpentinite from Southwest Japan. American Mineralogist, 88, 1377-1384.

Nozaka, T. and Liu, Y. (2003) Reply to Comment on “Petrology of the Hegenshan ophiolite and its implication for the tectonic evolution of northern China” by M-F. Zhou, H-F. Zhang, P. T. Robinson and J. Malpas. Earth and Planetary Science Letters, 217, 211-217.

Nozaka, T. and Liu, Y. (2002) Petrology of the Hegenshan ophiolite and its implication for the tectonic evolution of northern China. Earth and Planetary Science Letters, 202, 89-104.

Nozaka, T., Masunari, H. and Tamiya, S. (2002) Geochemistry of metamorphic rocks from Mizoguchi, western Tottori Prefecture, Japan and its geological significance. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 97, 227-237.

Otoh, S., Nozaka, T., Sasaki, M., Hasbaator, Abe, M., Egawa, K. and Fa, Y. (2001) The Inner Mongolian shear zone: a preliminary report. Earth Science, 55, 103-112.

Nozaka, T. (1999) Blueschist blocks at Mochimaru in the Tari-Misaka ultramafic complex: Their petrologic characteristics and significance. The Island Arc, 8, 154-167.

Nozaka, T. (1997) Structure and development of the lower crust and upper mantle of southwestern Japan:Evidence from petrology of deep-seated xenoliths. The Island Arc, 6, 404-420.

野坂俊夫 (1997)岡山県大佐山地域に産するフェロ藍閃石片岩.岡山大学地球科学研究報告,4,33-39.

Nozaka, T. and Shibata, T. (1995) Mineral paragenesis in thermally metamorphosed serpentinites, Ohsa-yama, Okayama Prefecture. Okayama University Earth Science Reports, 2, 1-11.

Nozaka, T. and Shibata, T. (1994) Petrography of primary peridotites from the Ohsa-yama area, Okayama Prefecture. Okayama University Earth Science Reports, 1, 1-8.

Hirajima, T., Ishiwatari, A., Cong, B., Zhang, R., Banno, S. and Nozaka, T. (1990) Coesite  from  Mengzhong eclogite at Donghai county, northeastern Jiangsu province, China. Mineralogical Magazine, 54, 579-583.

Nozaka, T. (1990) Kyanite-bearing anorthosite inclusions in Cenozoic alkali basalts from the central part of the Chugoku district, Southwest Japan. Journal of Mineralogy, Petrology and Economic Geology, 85, 531-536.

書籍

Gillis, K.M. Snow, J.E. Klaus, A. and the Expedition 345 Scientists (2014) Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program, Expedition 345, Hess Deep Plutonic Crust: Exploring the Plutonic Crust at a Fast-Spreading Ridge: New Drilling at Hess Deep. Integrated Ocean Drilling Program, College Station, USA, doi:10.2204/iodp.proc.345.

Blackman, D.K, Ildefonse, . B., John, B.E., Ohara, Y., Miller, D.J., MacLeod, C.J. and the Expedition 304/305 Scientists (2006) Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program,304/305. Integrated Ocean Drilling Program Management International, Inc., College Station, USA, 2361pp.

報告書等

Expedition 345 Scientists (2013) Hess Deep plutonic crust: exploring the plutonic crust at a fast-spreading ridge: new drilling at Hess Deep. IODP Preliminary Report. Integrated Ocean Drilling Program Management International, Inc., College Station, USA, 89 pp.

Ildefonse, B., Blackman, D.K. John, B.E., Ohara, Y., Miller, D.J., MacLeod, C.J. and IODP Expeditions 304/305 Scientists (2006) IODP Expeditions 304 & 305 characterize the lithology, structure, and alteration of an oceanic core complex. Scientific Drilling, 3, 4-11.

The IODP Expeditions 304 and 305 Scientists (2005) IODP Expeditions 304 and 305:Oceanic core complex formation, Atlantis Massif. Scientific Drilling, 1, 28-31.

Expedition Scientific Party (2005) Oceanic core complex formation, Atlantis Massif, Mid-Atlantic Ridge: drilling into the footwall and hanging wall of a tectonic exposure of deep, young oceanic lithosphere to study deformation, alteration, and melt generation. Integrated Ocean Drilling Program Expedition 305 Preliminary Report. Integrated Ocean Drilling Program Management International, Inc., College Station, USA.

高須晃・野坂俊夫・阪本志津枝・植村眞(2000)大佐山・大野呂山周辺の高圧変成岩と超苦鉄質複合岩体,および吉備高原の深部捕獲岩.日本地質学会第107年学術大会見学旅行案内書,147-160.

柴田次夫・鈴木茂之・野坂俊夫(2000)半田山に分布する江尻層砂岩の化学組成.平成11年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,44-50.

野坂俊夫・柴田次夫・鈴木茂之 (1999)万成花崗岩の鉱物化学組成.平成10年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,30-35.

鈴木茂之・柴田次夫・野坂俊夫 (1998)漸新世における半田山周辺の古地理.平成9年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,25-29

柴田次夫・鈴木茂之・野坂俊夫 (1997)江尻層砂岩中の砕屑性褐色スピネル.平成8年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,33-38.

野坂俊夫・柴田次夫・鈴木茂之 (1996)半田山周辺の花崗岩.平成7年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,34-39.

鈴木茂之・柴田次夫・野坂俊夫 (1995)雲母の再結晶過程からみた半田山の泥質岩の変形・変成.平成6年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書,45-47.

柴田次夫・鈴木 茂之・野坂俊夫 (1994)半田山の泥質岩の化学組成. 平成5年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書, 45-50.

野坂俊夫・鈴木 茂之・柴田次夫 (1993)半田山の堆積岩における接触変成作用.平成4年度岡山大学教育研究学内特別経費研究成果報告書, 51-55.

川地武・住野正博・野坂俊夫 (1991)RC造地中構造物のイオウ化合物による劣化とその機構. 土質工学会・日本粘土学会共催シンポジウム発表論文集, 55-60.