深海ケミカルカメラによる岩石・堆積物の現場化学成分分析 ○髙橋朋子・ブレア・ソーントン・佐藤匠・大木俊彦（東京大学），野崎達生・鈴木勝彦（海洋研究開発機構），作花哲夫（京都大学）深海の岩石や堆積物の化学分析は、現状ではサンプリングを行い船上・陸上にて分析を行っている。様々な高精度分析手法を適用できる一方、海底その場でデータを取得することができないため、データをもとにしたリアルタイムの判断はできない。近年、海水中の特定物質を計測する現場型化学分析センサが研究運用されていて、新たな熱水活動を発見する例もあり[Provin et al. 2013]、実用化が期待されている。一方で、固体については、熱水性鉱物や堆積物に適用できる現場型化学分析技術が未だに確立されていない。そこで、本研究では海底その場で複数の元素を同時に計測できる、レーザ誘起破壊分光法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS）を海洋調査での現場計測に応用することを目的とし、岩石・堆積物を海底その場で化学分析するセンサの開発を行っている。 LIBS では、高出力のレーザパルスを試料に照射して、試料に含まれる元素を蒸発・励起させてプラズマを発生させ、そのプラズマの発光を分光分析することによって、試料中の複数の元素を一度に検出できる。2012 年に実施した NT12－07 では、LIBS センサのプロトタイプを開発し、ROV ハイパードルフィンに装着して鹿児島湾にて水深 200 m の海底でテスト試料の測定に成功した。しかし、より高い水圧がかかる状況では、プラズマが高密度で発光することで、信号の激しい劣化が見られて測定感度・精度に悪影響を及ぼす。そこで、さらなる深海での計測に LIBS を応用するために、水中でのプラズマ密度を低減でき、さらに発光を強くするロングパルス手法（レーザ照射時間を通常の LIBS 計測で用いる 10 ns より数 10 倍長い 200 ns 程度にして照射する手法）を海中での測定に応用した。2013 年の NT13 －23 では、ロングパルスを実装した LIBS センサ“ChemiCam”を開発し（図 1）、伊平屋北海丘にある人工熱水孔（C0013E）の内側に析出した沈殿物を計測した（図 2）。孔内の沈殿物から、銅・亜鉛・鉛を豊富に含むことを示す信号を取得し、水深 1000 m 超の深海において初めて岩石中の複数元素を同時・リアルタイムに分析することに成功した（図 3）。また、信号の解析により周辺の天然熱水鉱床に比べ、孔内の沈殿物が銅を多く含むことを示した。2014 年の NT14－21 では、天然の岩石をより効率的に計測するためのフォーカス機能及びグラインダー等を用いて海底表面下を計測できるシステムを用いて、伊平屋北海丘の NBC マウンド周辺にて天然の岩石計測を行い（図 4）、NBC マウンドの根元及び頂上付近の複数地点において元素分析に成功した。今後の課題として、装置のより効率的な運用を目指し、海底面の加工やレーザのフォーカス高速化、また、信号解析によるリアルタイムでの定量分析を実装する予定である。参考文献： [Provin et al. 2013]: C. Provin, T. Fukuba, K. Okamura, T. Fujii, IEEE. Journal of Ocean Engineering 38 (2013), 178-185. 図 1．深海リアルタイム元素分析装置 ChemiCam （左）堆積物計測用、（右）海水計測用図 3．計測スペクトル図 2．人工熱水鉱床（C0013E）孔内での計測（NT13－23）図 4．岩石計測の様子（NT14－21）