知ろう!記者に発表した最新研究

2012年3月23日発表
黒鉱(くろこう)を採った!
資源(しげん)は、「とる」時代から「育てる」時代へ

テレビ、コンピュータ、自動車。みなさんに身近なこれらの製品(せいひん)を作る部品には、必ずと言っていいほど金属(きんぞく)が使われています。その金属の中には、使われる量は少なくても、欠かせないレアメタルやレアアース、金、銀などの貴金属(ききんぞく)があります。これらは、きわめてわずかな量しか取れない貴重(きちょう)な資源(しげん)です。

いま、それらが眠っていると注目されているのが、海底です。カギをにぎるのは、温泉のように海底から熱水をふき出す熱水噴出孔(ねっすいふんしゅつこう)。資源の宝庫(ほうこ)である「熱水鉱床(ねっすいこうしょう)」につながるのです。

ジャムステックでは、その熱水噴出孔を人工的につくる実験を行った結果、資源になりうる黒鉱(くろこう)を採ることに成功しました! 将来は、人工熱水噴出孔から資源を育てて利用することができるかも知れません!


熱水噴出孔ってなに? 海底から熱水がふき出していて、金属資源がたまりやすいところです

海水は海底下深くまでしみこむと、マグマに熱せられ、まわりの岩石から金属などをとかしこんだ後、海底にむかって上昇(じょうしょう)します(図1)。この熱水が海底面に近づいて冷やされると、銅(どう)や亜鉛(あえん)、鉛(なまり)、金、銀などをふくんだ鉱物(こうぶつ)があらわれます。これが連続してたくさんたまると、資源として役立つ熱水鉱床になります。

熱水噴出孔

図1:熱水噴出孔


島国である日本は、調査や漁業など行える沿岸から約370�qまでの範囲(はんい)(排他的経済水域(はいたてきけいざいすいいき)EEZ)の面積が世界6位(図2)。そして、日本のEEZには、多くの熱水噴出孔が見つかっています。

排他的経済水域の範囲

図2:排他的経済水域の範囲

2010年9月、地球深部探査船「ちきゅう」は統合国際深海掘削計画(とうごうこくさいしんかいくっさくけいかく)第331次(じ)研究航海(けんきゅうこうかい)を行い、沖縄(おきなわ)トラフの熱水噴出孔について調べました(参考:2010年10月5日発表)。

どんな研究したの? 人工的に熱水噴出孔を掘り、様子を観察しました

研究航海を行った海域は、沖縄の北西150�qに位置する伊平屋北(いへやきた)フィールド(図3)。

伊平屋北フィールド

図3:伊平屋北フィールド


水深は約1,000mと比較的(ひかくてき)掘(ほ)りやすく、海底下は熱水が充満(じゅうまん)していることがわかっています。その海底に「ちきゅう」で人工熱水噴出孔を掘りました(図4)。

人工熱水噴出孔を掘ったところ

図4:人工熱水噴出孔を掘ったところ


1年にわたって熱水のふき出し方、熱水の成分、熱水が海水に冷やされることによって金属などがしずんでできる煙突(えんとつ)のような「チムニー」の変化を調べました(図5)。

ハイパードルフィンとかいこうによる観察

図5:ハイパードルフィンとかいこうによる観察

どんな結果だったの? 黒鉱を採ることに成功しました!

主な結果は、次の3つです。

結果 1

熱水は、2010年9月は金属をふくんだ黒味のある熱水でしたが、2011年9月には黒味のない透明(とうめい)なクリアスモーカーに変化し、蒸気(じょうき)は減(へ)っていました(図6)。

熱水の色の変化(C0016)

図6:熱水の色の変化(C0016)

結果 2

人工熱水噴出孔をほった4ヶ月後(2011年2月)、C0016には、新しいチムニーができていました! その高さは、なんと6m! サンプルをとろうとしましたが、こわれてしまいました。

そして11ヶ月後の2011年9月。こわれたチムニーが、なんと8mを超える高さに再成長していました(図7)! 

急激に成長するチムニー

図7:急激に成長するチムニー

結果 3

C0016で採ったサンプルは、主成分が金属(閃亜鉛鉱(せんあえんこう)・ウルツ鉱・方鉛鉱(ほうえんこう)・黄銅鉱(おうどうこう))で、ほぼ成熟(せいじゅく)した黒鉱でした(図8)。黒鉱とは、銅、亜鉛、鉛、金、銀などをふくむ黒っぽい鉱石で、以前は秋田県地方などの鉱山でさかんに採掘(さいくつ)されていました。日本周辺の熱水活動域に多く見られます。

C0016の人工チムニーから採れた黒鉱

図8:C0016の人工チムニーから採れた黒鉱

一方、C0013で採ったサンプルは石膏(せっこう)(硫酸(りゅうさん)カルシウム)がほとんどで、金属(黄銅鉱・閃亜鉛鉱・方鉛鉱・ウルツ鉱)は少ししかふくまれていませんでした。


むむ? 8mを超える高さのチムニーができる所や、黒鉱ができる所とできない所があるのはなぜ? そのひみつは、熱水の成分のちがいによると考えられます。

伊平屋北フィールドの海底下は、キャップロックとよばれる層(そう)が重なった構造(こうぞう)になっています(図9)。これは、水を通さない岩石が、ふせたおわんのように堆積物(たいせきぶつ)をおおい、それが層になっている構造です。それぞれのキャップロックの中には熱水が充満しています。その熱水の上層は沸(ふっ)とうにより「蒸気が濃縮(のうしゅく)された熱水」、下層は沸とうにより「塩分が濃縮された熱水」です。その下層の「塩分が濃縮された熱水」が、黒鉱をつくる成分が濃(こ)いと考えられるのです。

黒鉱を生み出すカギをにぎる熱水

図9:黒鉱を生み出すカギをにぎる熱水

キャップロック内の下層、つまり黒鉱成分の濃い熱水を人工熱水孔から噴出させれば、チムニーの成長速度は速く、黒鉱もできやすいといえます。

これからはどうするの? 資源を育て回収することをめざし、研究を続けます

ジャムステックでは、人工熱水噴出孔に回収装置(かいしゅうそうち)を設置して、チムニーを成長させてから鉱物を回収するアイディアの特許(とっきょ)を出願しています。

将来、低いコストで環境にも影響(えいきょう)を与えず、資源を育て回収する、という新しい資源の時代が来るかもしれません!

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