地震発生域における塩水の電気伝導度を理論的に解明
~地震やマグマ発生のメカニズム解明に一歩前進~
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
国立大学法人 東北大学
NIMSと東北大学の研究チームは、地下10~70km程度の高温・高圧環境でNaCl水溶液 (塩水) がどの程度の電気伝導度となるかを理論的に解明することに成功しました。
概要
- 国立研究開発法人物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 ジオ機能材料グループの佐久間博主任研究員と、国立大学法人東北大学大学院理学研究科の市來雅啓助教からなる研究チームは、地下10~70km程度の高温・高圧環境でNaCl水溶液 (塩水) がどの程度の電気伝導度となるかを理論的に解明することに成功しました。地中の電気伝導度の計測データと照らし合わせると、地下深部で塩水が存在することを示唆しており、地震発生や火山噴火に地下に存在する塩水が影響するという説を裏付けるものと考えられます。
- 岩盤中に塩水があると、断層がすべりやすくなって地震発生に影響を与えたり、岩石の融点が下がって火山噴火に影響すると言われていますが、地震発生域のような地下深部はボーリング調査が難しく、塩水の存在を直接調べることが困難です。そこで塩水などの流体が、固体よりも電気伝導度が6桁ほど大きいことを利用し、電気伝導度の計測によって塩水の存在を知る調査が行われています。しかし、地殻の地震発生域のような高温・高圧条件下での塩水の電気伝導度が知られておらず、電気伝導度の計測データと塩水の存在を関連づけられないという問題がありました。
- 本研究チームは、水の超臨界状態を再現する分子モデルを開発することで、海水の6分の1から3倍のNaCl濃度の範囲で、実験では観測困難な高温高圧 (温度 : 673 ~ 2000 K、圧力 : 0.2 ~ 2 GPa) での塩水の電気伝導度を導出することに成功しました。この電気伝導度データから、東北地方の地下を計測した際に見られた高い電気伝導度が、海水程度の塩濃度を持つ塩水の存在で説明できることが明らかになりました。
- 今後、この成果を各地の地殻の電磁気観測と組み合わせて、沈み込み帯などの地震・火山活動が活発な地下深部での塩水の存在を明らかにし、地震発生や火山噴火発生メカニズムの解明を目指した研究を実施していきます。
- 本研究は 一部、文部科学省科学研究費補助金の新学術領域研究「地殻流体 : その実態と沈み込み変動への役割」および挑戦的萌芽研究「分子動力学計算による地殻内超臨界流体物性の解明と地震発生に与える影響の研究」の一環として行われました。
- 本研究成果は、Journal of Geophysical Research: Solid Earth誌オンライン版にて現地時間2016年1月20日 (日本時間1月21日) に掲載されます。
プレスリリースの図2: 塩水の電気伝導度の温度・圧力変化。温度が高いほど電気伝導度が低いことがわかる。MDは分子動力学 (Molecular Dynamics) 計算の略。
