岩石と水の反応で生まれる水素の秘密に迫る 〜岩石を詳細解析、地下の水素資源探索の手がかりにも～

地球を構成する岩石が水と反応して水素を生み出す現象は、生命のエネルギー源や天然資源を生むプロセスとして注目されています。これまで蛇紋岩化反応^※1 等で水素が生成されること自体は知られていましたが、水素発生の鍵を握る鉄の分布や化学状態が、反応の進行にともなってどのように変化するのかこれまで十分に分かっておらず、天然水素の生成プロセスの理解を難しくしていました。

高エネルギー加速器研究機構　物質構造科学研究所、東北大学、国士舘大学、国立極地研究所/総合研究大学院大学、海洋研究開発機構の共同研究グループは、ICDPオマーン掘削^※2 で得られたオマーンオフィオライト^※3 の下部地殻から上部マントル^※4 にかけての岩石掘削試料を対象として、X線吸収微細構造分析^※5 を用いて水素発生の鍵を握る鉱物中の鉄の化学状態を詳細に解析しました（図）。その結果、岩石の種類や反応の進行段階に応じて水素の発生量が異なることを定量的に示しました。下部地殻の岩石は反応の初期段階で岩石1kgあたり24〜366 mmolの水素を発生した可能性があり、これは従来主要な水素発生源と考えられてきた上部マントルの蛇紋岩化による水素発生量（岩石1kgあたり71〜393 mmol）に匹敵します。このことは、従来水素の発生源として注目されて来なかった下部地殻の岩石も重要な水素発生源であることを意味します。一方、反応が進むと下部地殻の岩石に特有のケイ素を多く含む鉱物の変質によって、水素生成が抑制されることも明らかになりました。また、上部マントルの岩石は、反応が進んだ後でも反応の後期における水素発生に寄与する可能性が示唆されました。

本研究の成果は、天然水素がどこで・どの段階で・どれだけ生まれるのかを理解するうえで重要な手がかりを提供するものであり、将来的な水素資源の探索における有用な指標となる可能性があります。

本研究成果は、2026年2月12日（木）に Geochimica et Cosmochimica Acta 誌のオンライン版に掲載されました。

図：鉄の化学状態を可視化した結果。かんらん石や輝石といった水と反応する前の鉱物は2価の鉄(Fe²⁺)が多い一方で、生成鉱物である蛇紋石には3価の鉄(Fe³⁺)が多く含まれることが分かる。
これらの観察結果は、鉄が水を還元して水素が発生したことを示している。

詳細は 高エネルギー加速器研究機構のサイトをご覧ください。