X線CTを用いた南鳥島マンガンノジュールの核の研究：その起源に関する示唆

抄録

深海底に存在する化学堆積岩であるマンガンノジュールは，将来のバッテリーメタル資源として注目されている海底鉱物資源の一つである [1]．マンガンノジュールを資源として開発するには，その分布域を把握することが必要である．マンガンノジュールは内部に硬質な物質からなる核を持ち，その周囲に鉄マンガン酸化物が沈積することで形成される [2]．そのため，核の存在はマンガンノジュール形成の必要条件であり，それゆえにマンガンノジュール分布の支配則を解明するための鍵であると考えられる．しかし，従来のマンガンノジュール研究は，主に鉄マンガン酸化物層の実態解明に力を注いできたため [2]，核の実態を系統的に研究した例はほとんど存在しない．そこで本研究は，核の実態を解明することでマンガンノジュールの生成と分布の支配要因を明らかにすることを目的とする．これまでに，マンガンノジュールの核として，火山岩，パミス，サメの歯など様々な物質が存在することが知られている [3]．そのため，核を系統的に研究するには，数個のマンガンノジュールの核を集中的に分析するのではなく，大量のサンプルを分析しそのバリエーションを大局的に掴む必要がある．しかし，マンガンノジュールの核を研究するには，これまで一つ一つの試料をマンガンノジュールの核が適切に現れる断面で半割する必要があり，大量の試料を研究するには非常に時間がかかった．そこで本研究では，非破壊で内部構造を分析できるX線CTを用いることで大量の試料の分析を行った．本発表では，南鳥島周辺海域で採取されたマンガンノジュール934個に対してX線CT分析を行い，CT画像によりマンガンノジュールの核を研究した成果を報告する．X線CT分析の結果は，独自に作成したPythonコードを用いて処理した．これにより，一定のCT値ごとに色分けを行い，視覚的にCT値が判別可能な画像を作成した（図）．また，マンガンノジュール核のCT値の解析も行い，核のCT値の頻度分布やその分布に基づく核の分類を行った．さらに，CT解析によって分類されたマンガンノジュールから代表的な試料を選び出して半割し，µ-XRF分析による元素マッピングを行うことで，分類された核の起源を特定した．その結果，南鳥島マンガンノジュールの核は，サメの歯と固結した岩石 (火山岩、燐灰岩、鉄石など)、そして固結した堆積物からなることがわかった．このうち，今までにも多数報告されているサメの歯の割合は低く，マンガンノジュールの分布を考える上での優先度は低いと考えられる．核の大半は堆積物で構成されており，今後堆積物の核を研究することがマンガンノジュール分布を把握する上で重要である [4]． ＜引用文献＞[1] Petersen et al. (2016) Marine Policy, 70, 175–187 [2] Hein et al. (2020) Nature Reviews Earth & Environment, 1, 158­–169 [3] Sarkar et al. (2008) Marine Georesources & Geotechnology, 26, 259­–289 [4] Terauchi et al. (2023) Minerals, 13, 710