Agulhas oceanic plateau formed from a branch of hydrous Indo-Africa mantle plume tree

技術要約：水を含んだインド・アフリカ・マントルプルームによるアグラス海洋台地の形成

問題提起
岩石学における長年の論争は、大規模火成岩岩石区（LIPs）の起源に関するものである。大陸性のLIPsは水に富むマントル源に由来することがますます認識されている一方で、海洋台地は伝統的に、異常に高温だが比較的乾燥したマントルプルームの産物であると解釈されてきた。この二分法は、海洋性と大陸性のマグマ形成過程が根本的に異なる起源を持つことを示唆している。しかし、この区別はサンプリングのバイアスに起因している可能性がある。すなわち、海洋台地の玄武岩質ガラスは進化が進み脱ガスしていることが多く、一次的な含水量を過小評価している可能性があり、またメルトインクルージョン（液包体）は二次的な水和の影響を受ける可能性がある。その結果、海洋台地の揮発性成分の総量と深部マントル起源に関する制約は不十分なままであり、海洋性と大陸性のLIPsが、統一された水に富む深部マントルのメカニズムを共有しているのかという疑問が残されている。

研究手法
本研究は、IODP航海392によって回収されたアグラス台地（AP）の基盤部の試料を分析することで、これらの不確実性に対処する。研究者らは以下の要素を組み合わせたマルチプロキシ・アプローチを用いた：

• 試料選定： サイトU1582から得られた新鮮な玄武岩質ガラス（枕状溶岩）および、サイトU1579およびU1580の貫入シルから得られた単斜輝石（cpx）フェノクリスト。
• 揮発成分分析： 二次イオン質量分析法（SIMS）を用いて、ガラス中のH₂O、CO₂、Cl、Fの濃度を測定した。また、SIMSにより、in situでのホウ素（B）含有量および同位体組成（δ¹¹B）も決定した。
• 鉱物中の含水量： フーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて、cpxフェノクリスト中の水を定量化した。親マグマの含水量は、cpxとメルト間の実験的に導出された分配係数を用いて再構成した。
• 同位体系統学： 水素同位体（δD）を測定し、一次的なマグマ由来の水と二次的な汚染を区別した。
• 地球化学モデリング： 地殻への同化作用を排除するために、微量元素系統（Ce/Pb, Nb/U）を分析した。マグマの分化は、結晶作用による影響を補正し、一次マグマの組成を推定するためにPetrolog3ソフトウェアを用いてモデル化した。マントルのポテンシャル温度（Tp）は、水の存在に対する補正を加えた上で、PRIMELT3モデルを用いて再構成した。

主な結果

1. 極めて高い含水量： アグラス台地の試料は、報告されている全海嶺中央部（MORB）および海洋島玄武岩（OIB）の中で、最も高い含水量およびH₂O/Ce比を示した。
   • ガラス（サイトU1582）： H₂O/Ce比が621から706の範囲にあり、通常のMORBやOIBを大幅に上回っている。
   • 親マグマ： cpxフェノクリストから再構成された親メルトの含水量は2.0〜6.2 wt.%に達し、島弧玄武岩に典型的なレベルに達している。
2. 一次的なマグマ起源： 本研究は、この水の起源が二次的な水和や地殻汚染ではないことを示した。
   • 同位体証拠： 水素（δD: -72 to -80‰）およびホウ素（δ¹¹B: -0.19 to -7.31‰）の同位体組成は、枯渇したマントルと重なり、海水との相互作用や変質した地殻の同化によって期待される重いシグネチャーを示さなかった。
   • 微量元素： マントル的なCe/PbおよびNb/U比、ならびに流動性元素（Rb, Ba, U, Pb）の濃集の欠如は、変質した海洋地殻の有意な同化を否定している。
   • 鉱物学的証拠： cpxの水含有量と四面体配位のAl³⁺との相関、および特定のOH吸収バンドは、結晶化の過程で取り込まれ、結晶化後の拡散から保持された構造的に結合した水であることを示している。
3. 熱的および地質学的コンテキスト：
   • 温度： 水の影響による融解の補正を行った後、マントルのポテンシャル温度（Tp）は約1437°Cと推定された。これは世界のMORBよりも高温であるが、シベリア・トラップのような他の主要なLIPsよりは低く、エメイシャンLIPと同等の範囲にある。
   • 供給源： データは、この台地が、適度に高温で、かつ極めて水に富むプルーム源の部分溶融によって形成されたことを示している。
     デン
   • 深部マントルとの関連性： 高解像度の地震波トモグラフィーとこれらの知見を統合することで、著者らは、この水に富む供給源を、アフリカのラージ・ロー・シェア・ベロシティ・プロビンス（LLSVP）に根ざした「プルーム・ツリー」システムのブーヴェ枝に関連付けている。

意義と主張
本論文は、アグラス台地が水に富むマントル源から形成されたことを示すことで、乾燥した海洋台地と湿潤な大陸性LIPsという一見した矛盾を解決すると主張している。著者らは以下の通り述べている：

• 統一されたメカニズム： インド・アフリカ領域における海洋性と大陸性のLIPsは、水に富むプルームを特徴とする共通の深部マントル起源を共有している可能性がある。
• 水の役割： 水は地球の最大級のマグマ形成領域を生成する上で能動的かつ決定的な役割を果たしており、海洋台地は単に異常に高温で乾燥したプルームヘッドによって駆動されるという従来の観点に異を唱えている。
• 深部構造： アグラス供給源の極端な水に富む性質は局所的な異常ではなく、大陸性洪水玄武岩や他の海洋ホットスポットをも供給している、より広範なアフリカLLSVPプルーム・ツリー・システムに供給される揮発性物質に富む物質を反映している可能性が高い。
• 環境への影響： これらの深部かつ水に富む供給源からの膨大な量の揮発成分（H₂O, Cl）の放出は、海洋・大気系に大きな影響を与え、白亜紀における海洋循環や全球気候の進化に影響を及ぼした可能性がある。

本研究は、海洋性と大陸性のLIPsの区別は、これまで考えられていたほど根本的なものではなく、両者がともに下部マントル内の揮発性物質に富むリザーバーを利用している可能性があると結論づけている。