地圏環境研究部門
マグマの熱から探る，地下深部の炭素循環
― 岩石に残された記録から，地質学的メタンの起源に迫る ―
地下の岩盤にも，かつての生物などに由来する炭素が含まれています．
マグマの熱と高温の流体は，その炭素を変化させ，
メタンなどのガスを生み出す可能性があります．
私たちは諏訪湖周辺の岩石を調べ，過去の熱・流体活動と炭素の変化を復元することで，
地質学的メタンが生まれる条件を解明しようとしています．
マグマの熱と高温の流体は，その炭素を変化させ，
メタンなどのガスを生み出す可能性があります．
私たちは諏訪湖周辺の岩石を調べ，過去の熱・流体活動と炭素の変化を復元することで，
地質学的メタンが生まれる条件を解明しようとしています．
1．研究の背景 ― 岩盤も炭素循環の一部
炭素循環というと，森林の二酸化炭素吸収や湖と大気のガス交換が思い浮かびます．しかし，炭素は地下の岩石にも存在します．特に泥が固まってできた堆積岩には，有機物に由来する炭素が「炭質物」として保存されています．岩石が地下深くで加熱されると，炭質物の構造や量が変わることがあります．
地下にマグマが入り込むと，周囲の岩石が加熱される「接触変成作用」が起こります．その際，鉱物の脱水や高温の水（熱水）の移動によって化学反応が進み，岩石中の炭素がメタン（CH₄）や二酸化炭素（CO₂）などに変化する可能性があります．ただし，ガスがどの種類・量で生成されるのか，地下のどこに移動・貯留するのかは，まだ十分に分かっていません．私たちは，岩盤が受けた熱と流体の歴史から，これらの仕組みを解明します．
地下にマグマが入り込むと，周囲の岩石が加熱される「接触変成作用」が起こります．その際，鉱物の脱水や高温の水（熱水）の移動によって化学反応が進み，岩石中の炭素がメタン（CH₄）や二酸化炭素（CO₂）などに変化する可能性があります．ただし，ガスがどの種類・量で生成されるのか，地下のどこに移動・貯留するのかは，まだ十分に分かっていません．私たちは，岩盤が受けた熱と流体の歴史から，これらの仕組みを解明します．
2．なぜ諏訪湖周辺なのか
私たちは，諏訪湖周辺からその南方の赤石山地北部にかけて分布する基盤岩を対象として，過去のマグマ活動や地下の熱・流体活動を調べています．諏訪湖周辺は糸魚川–静岡構造線に沿った地域にあり，断層運動とマグマ活動の歴史が岩石に残されています．約1,000万年前にマグマが貫入して周囲の基盤岩を加熱し，その後の断層活動によって地質体の配置が変わりました．岩石の温度分布から，離れて露出する貫入岩体がかつて一体だった可能性と，大規模な断層変位が示されています（Mori et al., 2025a）．
諏訪湖の南方に広がる赤石山地北部には，さまざまな温度を記録した泥質変成岩や，流体の動きを記録した超苦鉄質岩が分布します．また，糸魚川–静岡構造線の東側に位置する横河川地域でも，鉱物と温度の分析によってマグマの熱影響が確認されています（Mori et al., 2023, 2025b）．こうした研究を現在の諏訪湖におけるメタン湧出の調査と結びつけることが目標ですが，その起源が過去のマグマ活動にあるかは未解明です．
諏訪湖の南方に広がる赤石山地北部には，さまざまな温度を記録した泥質変成岩や，流体の動きを記録した超苦鉄質岩が分布します．また，糸魚川–静岡構造線の東側に位置する横河川地域でも，鉱物と温度の分析によってマグマの熱影響が確認されています（Mori et al., 2023, 2025b）．こうした研究を現在の諏訪湖におけるメタン湧出の調査と結びつけることが目標ですが，その起源が過去のマグマ活動にあるかは未解明です．
3．地下の熱と炭素を調べる方法
まず野外で岩石を採取し，岩石の種類，断層や割れ目の方向，マグマが固まった岩体との位置関係を記録します．次に炭質物のラマン分光分析や鉱物の化学分析によって，岩石が経験した温度を推定します．岩石の年代測定や熱伝導シミュレーションも組み合わせ，基盤岩とマグマの形成・加熱の歴史を復元します（森ほか，2021；Mori et al., 2023, 2025a, 2025b；Yamaoka et al., 2025）．
岩石中の全炭素量を測り，温度やマグマからの距離に応じて炭素量がどう変化するかを調べます．顕微鏡観察や鉱物組成の分析も組み合わせ，流体が関与した反応の痕跡を探します．また，ドローンによる写真測量や空中磁気探査は，急峻な山地や植生に覆われた場所で岩体の分布・地質境界を把握するために活用しています（森ほか，2024）．
岩石中の全炭素量を測り，温度やマグマからの距離に応じて炭素量がどう変化するかを調べます．顕微鏡観察や鉱物組成の分析も組み合わせ，流体が関与した反応の痕跡を探します．また，ドローンによる写真測量や空中磁気探査は，急峻な山地や植生に覆われた場所で岩体の分布・地質境界を把握するために活用しています（森ほか，2024）．
4．これまでに分かってきたこと
① 岩石の温度から，地下の歴史を読み解く
赤石山地の小渋川流域では，三波川帯・秩父帯・四万十帯を横断して炭質物ラマン温度計を適用し，約280～350 ℃の変成温度とその空間的な変化を明らかにしました（森ほか，2021）．また，横河川地域では岩石の形成年代とマグマの熱影響を調べ（Mori et al., 2023, 2025b），諏訪湖周辺では熱構造から断層運動以前の地質体の配置を復元しました（Mori et al., 2025a）．
② マグマの周囲では，岩石中の炭素が大きく減少する
糸静線に沿ったマグマ貫入により形成された木舟深成岩体の周辺では，強く加熱された泥質岩の全炭素量が，熱影響の弱い岩石に比べて大幅に少ないことが確認されています．現在，炭素量と温度の空間変化について詳細な分析を進めています．高温の流体との反応により炭素が岩石から失われた可能性がありますが，減少した炭素がどれだけメタンや二酸化炭素になったかは未解明です．「どれだけの炭素が，どのような条件で，どのガスに変わるのか」を明らかにすることが重要です．
③ 岩石の種類によって，流体の動きが変わる
木舟深成岩体に接する超苦鉄質岩では，マグマとの距離に応じて鉱物の種類が系統的に変わり，脱水反応や一部の化学成分の移動を伴うことが明らかになりました（Nobuhara et al., 2026）．これは，地下の流体活動が温度だけでなく，岩石の種類や反応にも左右されることを示しています．
④ ドローンで地質境界を詳しく捉える
中央構造線沿いの調査では，ドローン写真測量によって細かな地形と地質境界の向きを捉えられることを示しました（森ほか，2024）．現在は岩石の磁気的性質を利用する空中磁気探査も進めており，地上の観察と組み合わせて，地表から追跡しにくい岩体の分布を調べています．
赤石山地の小渋川流域では，三波川帯・秩父帯・四万十帯を横断して炭質物ラマン温度計を適用し，約280～350 ℃の変成温度とその空間的な変化を明らかにしました（森ほか，2021）．また，横河川地域では岩石の形成年代とマグマの熱影響を調べ（Mori et al., 2023, 2025b），諏訪湖周辺では熱構造から断層運動以前の地質体の配置を復元しました（Mori et al., 2025a）．
② マグマの周囲では，岩石中の炭素が大きく減少する
糸静線に沿ったマグマ貫入により形成された木舟深成岩体の周辺では，強く加熱された泥質岩の全炭素量が，熱影響の弱い岩石に比べて大幅に少ないことが確認されています．現在，炭素量と温度の空間変化について詳細な分析を進めています．高温の流体との反応により炭素が岩石から失われた可能性がありますが，減少した炭素がどれだけメタンや二酸化炭素になったかは未解明です．「どれだけの炭素が，どのような条件で，どのガスに変わるのか」を明らかにすることが重要です．
③ 岩石の種類によって，流体の動きが変わる
木舟深成岩体に接する超苦鉄質岩では，マグマとの距離に応じて鉱物の種類が系統的に変わり，脱水反応や一部の化学成分の移動を伴うことが明らかになりました（Nobuhara et al., 2026）．これは，地下の流体活動が温度だけでなく，岩石の種類や反応にも左右されることを示しています．
④ ドローンで地質境界を詳しく捉える
中央構造線沿いの調査では，ドローン写真測量によって細かな地形と地質境界の向きを捉えられることを示しました（森ほか，2024）．現在は岩石の磁気的性質を利用する空中磁気探査も進めており，地上の観察と組み合わせて，地表から追跡しにくい岩体の分布を調べています．
5．研究から見えてきたこと
岩盤中の炭素の変化を理解するには，「マグマによる加熱 → 岩石と流体の反応 → 炭素の変化 → ガスの移動・貯留」という一連のつながりを捉える必要があります．付加体を構成する堆積岩の形成史やマグマの貫入過程の研究も，地下環境を復元するための基礎となります（Tokiwa et al., 2025；Yamaoka et al., 2025）．一方，炭素の消失と現在の諏訪湖のメタン湧出との因果関係は，まだ確認されていません．
6．諏訪湖から，地下の炭素循環の解明へ
今後は，より多くの岩石について炭素量と温度を調べ，過去のマグマ活動によって岩盤から失われた炭素量を推定します．さらに，生成し得るガスの種類や化学反応を検討し，地質構造・熱シミュレーションと組み合わせて，地質学的メタンが形成される条件を探ります．研究拠点の水圏・表層物質循環研究部門とも連携し，地下の岩盤から湖底，そして大気へとつながる炭素循環の理解を目指します．
引用文献
森 宏・友岡洋介・常盤哲也・纐纈佑衣（2021）．長野県小渋川流域における西南日本外帯の変成温度構造．地学雑誌，130，85–98．https://doi.org/10.5026/jgeography.130.85
Mori, H., Tokiwa, T., Mizumura, H., Yoshikawa, K., Nobe, Y., & Kouketsu, Y. (2023). Protolith age and metamorphic temperature of the Yokokawagawa metamorphic rocks in Nagano Prefecture, central Japan, and comparison with the Sanbagawa metamorphic rocks. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 118, 011. https://doi.org/10.2465/jmps.221215
森 宏・井上真生子・宿輪隆太・三石真祐瞳・木村陽介・早川由帆・碓井虎次郎・延原香穂・常盤哲也（2024）．長野県伊那市・美和湖東岸の中央構造線を例とした，ドローン写真測量による地形・地質構造の把握と有用性検証．地学雑誌，133，549–557．https://doi.org/10.5026/jgeography.133.549
Mori, H., Shinya, T., Hayakawa, Y., Nobuhara, K., Yamaoka, K., Taguchi, T., Tokiwa, T., Ozawa, K., Murakami, D., Tanaka, W., & Tsukishima, Y. (2025a). Geological reconstruction based on metamorphic thermal analysis and utility in active fault research. Tectonophysics, 907, 230759. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2025.230759
Mori, H., Tamura, N., Mizumura, H., Nobe, Y., Nakazawa, A., Murakami, D., Dohi, H., Matsubayashi, N., Nobuhara, K., Tokiwa, T., Yamaoka, K., Ozawa, K., & Makino, K. (2025b). Evidence of contact metamorphism inferred from biotite occurrence and thermal structure revealed by Raman carbonaceous material geothermometry in the Yokokawagawa metamorphic rocks, central Japan. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 120, 027. https://doi.org/10.2465/jmps.250603b
Nobuhara, K., Mori, H., Tsukishima, Y., Nagaya, T., Makino, K., Yamaoka, K., Shinya, T., Hayakawa, Y., Tokiwa, T., & Tanaka, W. (2026). Fluid behavior in ultramafic rocks promoted by contact metamorphism: An example from the Sanbagawa Belt, northern Akaishi Mountains, central Japan. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 121, 018. https://doi.org/10.2465/jmps.250516
Tokiwa, T., Shimura, Y., & Mori, H. (2025). Detrital zircon U–Pb geochronology of the trench-fill sandstone on the Cretaceous Shimanto accretionary complex in SW Japan: Implications for provenance and igneous activity in the eastern edge of East Asia. Cretaceous Research, 166, 106012. https://doi.org/10.1016/j.cretres.2024.106012
Yamaoka, K., Murakami, D., Mori, H., Morohoshi, T., Iwano, H., Danhara, T., & Hirata, T. (2025). Emplacement and cooling history of a pluton with evident laminated structure constrained by field anatomy of the Kinpusan pluton, central Japan. Island Arc, 34, e70014. https://doi.org/10.1111/iar.70014
Mori, H., Tokiwa, T., Mizumura, H., Yoshikawa, K., Nobe, Y., & Kouketsu, Y. (2023). Protolith age and metamorphic temperature of the Yokokawagawa metamorphic rocks in Nagano Prefecture, central Japan, and comparison with the Sanbagawa metamorphic rocks. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 118, 011. https://doi.org/10.2465/jmps.221215
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Mori, H., Shinya, T., Hayakawa, Y., Nobuhara, K., Yamaoka, K., Taguchi, T., Tokiwa, T., Ozawa, K., Murakami, D., Tanaka, W., & Tsukishima, Y. (2025a). Geological reconstruction based on metamorphic thermal analysis and utility in active fault research. Tectonophysics, 907, 230759. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2025.230759
Mori, H., Tamura, N., Mizumura, H., Nobe, Y., Nakazawa, A., Murakami, D., Dohi, H., Matsubayashi, N., Nobuhara, K., Tokiwa, T., Yamaoka, K., Ozawa, K., & Makino, K. (2025b). Evidence of contact metamorphism inferred from biotite occurrence and thermal structure revealed by Raman carbonaceous material geothermometry in the Yokokawagawa metamorphic rocks, central Japan. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 120, 027. https://doi.org/10.2465/jmps.250603b
Nobuhara, K., Mori, H., Tsukishima, Y., Nagaya, T., Makino, K., Yamaoka, K., Shinya, T., Hayakawa, Y., Tokiwa, T., & Tanaka, W. (2026). Fluid behavior in ultramafic rocks promoted by contact metamorphism: An example from the Sanbagawa Belt, northern Akaishi Mountains, central Japan. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 121, 018. https://doi.org/10.2465/jmps.250516
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