四国の銅鉱床は1億5000万年前に生成された - 東大などが解明
金属資源の供給源である鉱床の成因・生成メカニズムにはまだ多くの謎が残されている。特に、日本の近代化を支えた愛媛県新居浜市の別子銅山(1691〜1973の間に約3300万tの鉱石、約75万tの銅を生産)に代表される別子型銅鉱床群は、太古の海底で生成した硫化鉱物資源が、日本列島の島弧地殻に付加したものであることはわかっているが、年代決定に有効な微化石などが産出されないため、いつ鉱床ができたのかは完全に謎だった。そのため、最先端の化学分析手法により鉱床の生成(堆積)年代を、鉱石試料から直接決定する技術が長らく求められていたのである。
なお別子型銅鉱床群とは、火山活動に伴う熱水活動によって生成される火山性塊状硫化物鉱床の1種のことだ(以前は「キースラガー」と呼ばれることが多かった)。中央海嶺における玄武岩火成活動に伴う熱水活動によって、海底で生成した熱水硫化物鉱床が陸上に付加した銅鉱床である。鉱床を形成する主要な構成鉱物は、「黄鉄鉱(FeS2)」、「黄銅鉱(CuFeS2)」、「閃亜鉛鉱(ZnS)」、「磁硫鉄鉱(Fe1-xS)」などだ。
また硫化鉱物資源が日本列島の島弧地殻に付加するとは、プレートテクトニクスによって移動してきた海洋地殻の一部が剥ぎ取られ、大陸地殻に取り込まれることをいう。実は、日本列島の大部分は中生代〜新生代の付加体から構成されているため、別子型銅鉱床群を初めとする海底で生成したさまざまなタイプの鉱床が分布している。
今回の研究では、東大総合研究博物館に保管されていた別子型銅鉱床群の鉱石試料(4鉱床の合計48個)、さらに2008〜2011年にかけて野崎研究員が四国地方の三波川帯に分布する別子型銅鉱床群から採取した鉱石試料(7鉱床の合計70個)の分析が行われた。
ちなみに三波川帯とは、西南日本外帯に位置し、東は関東山地から西は九州地方の佐賀関まで達する走向延長800km、最大幅30kmの地質帯のことである。海洋地殻が地下数10kmまで沈み込んだ後に、上昇して陸上に付加した岩石(変成岩)によって構成される低温・高圧型の変成帯だ。
鉱石試料から粉末試料を作成した後に、硫化鉱物(硫黄と結合している鉱物群)のみを分離した粉末試料が調製された。そして、JAMSTEC 地球内部ダイナミクス領域(IFREE)に設置されている「負イオン表面電離型質量分析装置(N-TIMS)」(対象元素を熱によって負イオン化させ、対象元素の含有量を質量数によって選別して測定を行う質量分析装置の1種)を用いて、「Re-Os(レニウム-オスミウム)年代測定法」(画像1)により、硫化鉱物の生成年代を決定した。
なおRe-Os年代測定法とは、Re(原子番号76)の同位体で、187Re(中性子111個)が半減期416億年(宇宙の年齢よりも何倍もの時間がかかる)で「β-壊変」し、Os(原子番号77)の安定同位体である187Os(中性子111個)を生じる放射壊変系を利用した年代測定法だ。Re、Osは共に親鉄・親銅元素であるため、別子型銅鉱床を構成する硫化鉱物に濃集する性質があり、硫化物鉱床の生成年代を直接的に決定できる数少ない手法である。分析によって得られる187Re/188Os比および187Os/188Os比からアイソクロン(等時線)を引き、その傾きから年代を得ることが可能だ。
