JAMSTEC > 地震津波海域観測研究開発センター > トピックス一覧 > トピックス

トピックス

超深海への巨大地震による大量の有機炭素供給
-超深海炭素循環における日本海溝巨大地震の役割-

1、概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構(理事長 平 朝彦)地震津波海域観測研究開発センター 金松 敏也 上席技術研究員を含む、インスブルック大学、国立研究開発法人産業技術総合研究所、ニューヨーク市立大学、ブレーメン大学海洋環境科学センター、スイス連邦工科大学チューリッヒ校の研究チームは、2011年東北地方太平洋沖地震(以下「2011年東北沖地震」という)に伴って大量の有機炭素が日本海溝(※1)に供給されたことを解明しました。

2011年東北沖地震の発生に伴い、有機物に富む堆積物が水深7 kmを超える日本海溝に広く運搬されたことがわかっていましたが、2012~2016年に取得された海底地形およびサブボトムプロファイラー(※2)ならびに堆積物コア試料のデータを用いて、地震に誘発され日本海溝にもたらされた堆積物の量を見積り、地震によって100万トン以上の有機炭素が供給されていたことが明らかになりました。こういった結果は、超深海(※3)では初の報告例であるとともに、2011年東北沖地震が日本海溝の炭素循環や底生生物活動に与えた影響が大きいことを示唆しています。

なお、本研究成果は英国のオープンアクセス電子学術誌「Scientific Reports」に2019年2月7日(英国時間)付けで掲載されました。
論文へのリンク:https://www.nature.com/articles/s41598-019-38834-x
論文タイトル:Megathrust earthquake drives drastic organic carbon supply to the hadal trench
著者:A. Kioka, T. Schwestermann, J. Moernaut, K. Ikehara, T. Kanamatsu, C. M. McHugh, C. dos Santos Ferreira, G. Wiemer, N. Haghipour, A. J. Kopf, T. I. Eglinton & M. Strasser

2、経緯

地球上の炭素循環の役割は気候変動や地球生命圏にとって非常に重要ですが、現状では超深海での調査が技術的に困難なため、日本海溝のような超深海の海底へ有機炭素が、どのように、どれほど運ばれるかについてほとんど知られていませんでした。そこで、本研究では、近年建造された最新鋭の調査システムを備えた東北海洋生態系調査研究船「新青丸」やドイツ研究調査船「ゾンネ号」等を用いて、2011年東北沖地震後に日本海溝沿いで堆積物コアならびに海底地形、サブボトムプロファイラーのデータを重点的に取得しました。取得データは超深海としては最高の分解能とデータ密度があり、これらの統合的な解析によって、超深海での巨大地震に伴う有機炭素供給量の定量化を今回世界で初めて実現させました。

3、成果

まず日本海溝に発達する堆積物がたまりそうな小さい海盆(※4)の分布を、海底地形データ解析により把握しました。それらの小海盆でサブボトムプロファイラーデータの解析・イメージングをした結果、堆積層の最も上部に音響的に透明な層が確認されました(図1)。そして、その場所で取得した堆積物コアを分析すると、この音響的透明層は、2011年東北沖地震に再堆積した層であることが判明しました。これらのデータを元に、2011年東北沖地震で堆積した層の表面積を算出すると、日本海溝最南部の小海盆では29 km2にのぼり、さらに全ての小海盆の2011年東北沖地震起源の堆積物の体積を算出すると、合計で少なくとも0.19 km3にもなることがわかりました(東京ドーム約150個分に相当)。なお、小海盆で得た体積量は、本震のすべり量が大きかった日本海溝中部の小海盆よりも、すべり量の小さかった南部の小海盆の方が大きいことが明らかになりました(図2)。解析結果に基づくと、これは日本海溝中部には顕著な小海盆が存在しないためだと解釈されます。また茨城県沖の日本海溝南部につながる海底谷の入り口では本震の約30分後に最大余震が発生しており、この時の強震動に誘導された懸濁物が海底谷を下り南部の小海盆に顕著に再堆積が起こった可能性も考えられます。さらに堆積物コア試料から得た有機炭素濃度を用いて、小海盆の堆積物中の有機炭素量を見積もった結果、少なくとも1 Tg(テラグラム=100万トン)の量が2011年東北沖地震によって海溝底に供給されたと考えられます(図2)。これは、大量の陸源堆積物を供給しているガンジス・ブラマプトラ河が海洋に供給している年間有機炭素量の4分の1以上に相当し、通常時の超深海海溝で推測されている表層堆積物の有機炭素質量より1オーダー大きい値です。今回の研究により、地学的なスケールの中で、たった1回の瞬間的な地震イベントでも、他の著名な有機炭素供給プロセスに匹敵する供給が起こることを発見しました。したがって、巨大地震が超深海における中・長期的な炭素循環および短期的な底生生物活動に与えるインパクトは、我々の想像以上に大きいことを示唆しています。

4.今後の展望

本研究成果は、日本海溝だけでなく世界中の超深海研究を一層促進させることが期待されます。また、国際深海科学掘削計画(IODP)の枠組みで2020年に日本海溝での研究航海「IODP Expedition 386 Japan Trench Paleoseismology」が予定されており、さらに長い堆積物コアが日本海溝全域の多くのサイトから採取される見込みです。これにより2011年東北沖地震よりも数百年~数千年も古い巨大地震の記録を詳細に調べることが可能となります。したがって、長期間の東北沖での過去の巨大地震の時空間強度分布を解明でき、さらにそれに伴う炭素循環における寄与度や超深海海底下の理解が進展することが期待されます。日本海溝をはじめとした超深海研究は新たなパラダイムを迎えるかもしれません。

用語の説明

※1
日本海溝
青森県東方沖から茨城県沖にわたって南北に広がる海底最深部。太平洋プレートが沈み込んでいるプレート境界。最大水深は8000 m以上。
※2
サブボトムプロファイラー
研究調査船などに装備されている、音波を使った表層浅部構造イメージング装置。
※3
超深海
一般的に水深6 kmより深い深海を指す。
※4
海盆
海底の地形的な凹地。

関連記事

・インスブルック大学のサイトにおける本研究の紹介(英語)
https://www.uibk.ac.at/newsroom/deep-sea-reveals-linkage-between-earthquake-and-carbon-cycle.html.en

・国際深海科学掘削計画(IODP)の日本語概要
https://www.jamstec.go.jp/iodp/j/

図1 (a) 調査海域図。星印はそれぞれ2011年東北沖地震の震央(黄色:本震、ピンク色:最大余震)。(b)~(d)は小海盆で取得された高分解能海底地形図(左)とサブボトムプロファイラーのイメージ図(右)。サブボトムプロファイラーのイメージ図では、海底面直下の最上層部で音響的透明層が見られる(黄色)。赤色は堆積物コアが採取された場所を示している。(論文の図を改変)

図2 (a) 2011年東北沖地震によって各小海盆に再堆積された堆積物(イベント堆積物)の体積。(b) 2011年東北沖地震で各小海盆に再堆積されたイベント堆積物中に含まれる有機炭素の質量。なお、面積が1 km2未満の小海盆でのイベント堆積物の体積および有機炭素質量はプロットされていない。波線のコンターは、モデリング・観測研究によって算出された、2011年東北沖地震本震に伴うすべり量を表す。(論文の図を改変)