講演情報
[R7P-11]東青ヶ島海丘カルデラ熱水域産グリグ鉱の産状と組織解析
*梶原 碧1、氏家 蓮1、栗林 貴弘1、野崎 達生2,3、長瀬 敏郎4 (1. 東北大・院理、2. 早稲田大・創造理工、3. 東大・工、4. 東北大・総合博物館)
キーワード：
グリグ鉱、球晶、海底熱水鉱床、リネージ組織、電子線後方散乱回折法
はじめに 2021年8〜9月にかけて，東北海洋生態系調査研究船「新青丸」による研究調査航海 （KS21-20）が実施され，東青ヶ島海丘カルデラ熱水域のチムニーや硫化物マウンドから鉱石試料が採取された (Nozaki, 2021)。本調査航海において採取された硫化物マウンドの鉱石試料から，グリグ鉱(greigite, Fe3S4)が見出された。グリグ鉱はSkinner et al. (1964) によって新鉱物として正式に記載され，これまでに世界各地の海底堆積物や湖底堆積物から報告されている。グリグ鉱は堆積岩の構成鉱物と考えられているが (Rickard et al., 2024)，堆積岩以外の環境条件における報告例は少ない。本発表では，現世の海底熱水鉱床が分布する東青ヶ島海丘カルデラ熱水域から産出した熱水性のグリグ鉱について，その組織や化学組成の特徴を報告し，グリグ鉱の形成過程について考察する。
手法 観察試料には東青ヶ島海丘カルデラ熱水域のEast Siteの硫化物マウンドから採取した鉱石試料 HPD#2134R01 を用いた。鉱物組織の観察には光学顕微鏡を用いた。また，グリグ鉱の化学組成分析には日本電子 (JEOL) 社製JXA-iHP200Fに付属した波長分散型X線分光装置 (WDX) を用いた。さらに，グリグ鉱の多結晶体を形成する結晶同士の結晶方位関係を調べるため，FE-SEM (日本電子 (JEOL) 社製 JSM-7001F) 付属の結晶方位解析装置 (Oxford, Aztec EBSD system) により結晶方位測定を行った。
結果と考察 硫化物マウンド試料の光学顕微鏡観察では，軽石や火成岩起源の長石の粒間に，熱水から沈殿したと考えられる重晶石や黄鉄鉱，グリグ鉱，閃亜鉛鉱，方鉛鉱，Pb-Sb-Ag-S系鉱物，オパールが存在する。このような産状は，マウンドにおいて堆積した火山砕屑物の粒間を熱水が通り，この熱水から鉱物が沈殿したことを示している。グリグ鉱の球晶の組成像には，中心部から外側へかけて同心円状の明るいコントラストが観察された。この明るい部分にはアンチモンが含まれる。これは，マウンド中を通る熱水の温度が低下し，グリグ鉱の結晶表面を原子が出入りする速度が遅くなった結果，結晶表面に吸着したアンチモンが排除されないまま結晶構造中に取り込まれたためと考えられる。EBSDの結果から，グリグ鉱の球晶のうち中心部は細粒結晶からなり，外側へ向かって粗粒化する。逆極点図方位マップ (Inverse Pole Figure：IPF) から，グリグ鉱の球晶を構成する単結晶の粒内では，結晶方位が変化するリネージ組織を呈する。アンチモンがグリグ鉱の結晶構造へ入ると格子の大きさが変化し，かつ結晶格子に欠陥が生じる。こうしてグリグ鉱の単結晶は成長とともに結晶方位を次第に変化させ，枝分かれや分裂を繰り返して成長し，球晶を形成したと考えられる。
Nozaki (2021): R/V Shinsei Maru Cruise Report KS-21-20, Japan Agency for Marin-Earth Science and Technology.Rickard et al. (2024): Sedimentary Greigite Formation., American Journal of Science, 324, 13.
手法 観察試料には東青ヶ島海丘カルデラ熱水域のEast Siteの硫化物マウンドから採取した鉱石試料 HPD#2134R01 を用いた。鉱物組織の観察には光学顕微鏡を用いた。また，グリグ鉱の化学組成分析には日本電子 (JEOL) 社製JXA-iHP200Fに付属した波長分散型X線分光装置 (WDX) を用いた。さらに，グリグ鉱の多結晶体を形成する結晶同士の結晶方位関係を調べるため，FE-SEM (日本電子 (JEOL) 社製 JSM-7001F) 付属の結晶方位解析装置 (Oxford, Aztec EBSD system) により結晶方位測定を行った。
結果と考察 硫化物マウンド試料の光学顕微鏡観察では，軽石や火成岩起源の長石の粒間に，熱水から沈殿したと考えられる重晶石や黄鉄鉱，グリグ鉱，閃亜鉛鉱，方鉛鉱，Pb-Sb-Ag-S系鉱物，オパールが存在する。このような産状は，マウンドにおいて堆積した火山砕屑物の粒間を熱水が通り，この熱水から鉱物が沈殿したことを示している。グリグ鉱の球晶の組成像には，中心部から外側へかけて同心円状の明るいコントラストが観察された。この明るい部分にはアンチモンが含まれる。これは，マウンド中を通る熱水の温度が低下し，グリグ鉱の結晶表面を原子が出入りする速度が遅くなった結果，結晶表面に吸着したアンチモンが排除されないまま結晶構造中に取り込まれたためと考えられる。EBSDの結果から，グリグ鉱の球晶のうち中心部は細粒結晶からなり，外側へ向かって粗粒化する。逆極点図方位マップ (Inverse Pole Figure：IPF) から，グリグ鉱の球晶を構成する単結晶の粒内では，結晶方位が変化するリネージ組織を呈する。アンチモンがグリグ鉱の結晶構造へ入ると格子の大きさが変化し，かつ結晶格子に欠陥が生じる。こうしてグリグ鉱の単結晶は成長とともに結晶方位を次第に変化させ，枝分かれや分裂を繰り返して成長し，球晶を形成したと考えられる。
Nozaki (2021): R/V Shinsei Maru Cruise Report KS-21-20, Japan Agency for Marin-Earth Science and Technology.Rickard et al. (2024): Sedimentary Greigite Formation., American Journal of Science, 324, 13.