海洋の地磁気異常がプレートテクトニクス理論の発展に果たした役割は非常に大きいが、一方でその元となる海洋性地殻の磁化については我々の知るところは未だに少く、海洋の地磁気研究に残された最も大きな課題となっている。本研究ではこの問題に対する潜水艇による深海地磁気観測からのアプローチを試みた。潜水艇による地磁気観測の方法、データの処理および解析の方法を提示した上で、大西洋中央海嶺における潜航調査で実際に得られたデータを用いて、調査海域周辺の磁化構造について議論する。

　大西洋中央海嶺北緯21度40分に位置する長さ約75kmのセグメントにおいて全19の潜航調査が行われた。この海域周辺の海上全磁力異常データから得られた両側拡大速度は約24km/m.y.で、典型的な低速拡大軸である。セグメントの中央、南端、その中間を拡大方向に横切る、それぞれ複数の潜航測線からなる3本の長い測線が得られ、そのうち中間のものはBrunhes-Matuyama(B/M)磁気境界まで達している(図1)。

　東大海洋研究所で1994年に開発された汎用深海三成分磁力計をフランスの潜水艇ノチール号に搭載して観測を行った。3軸のフラックスゲート磁力計と水平・鉛直ジャイロにより、磁場ベクトル及び磁力計の体位を潜航中1秒間隔で連続的に測定した。船上三成分観測で用いられている船体磁気補正の方法[Isezaki.1986]を、潜水艇観測用に一部改良した上で適用し、潜水艇の磁化による影響を取り除いた後、深海底における地磁気三成分異常を得た。

　(1)Brunhes-Matuyama(B/M)磁気境界の構造:拡大軸の東側と西側でそれぞれB/M境界を横切る2潜航のデータについて、Direct ModelingとInversionの各方法から海底の磁化強度分布を求め、磁気境界の位置を推定した。前者(Direct modelingの結果)が海底表面における正磁極期の磁化と逆磁極期の磁化との接点を示すのに対し、後者(Inversionの結果)は磁化層の厚さ全体に亙っての平均的な磁気境界の位置を示す。西側のB/M境界においては、前者が後者より1kmほど拡大軸から遠い位置にあり、磁化層内の磁気境界面が、extrusive層の形成モデル[Schouten and Denham,1979]から予想されるように拡大軸に向かって傾斜していることが示唆された。一方、東側のB/M境界では逆に前者が後者より拡大軸に近い位置にあることが判り、西側とは逆のセンスの(拡大軸の反対を向く)傾斜が示唆された。この一見矛盾する結果は、しかし、海上地磁気データから明瞭に示されるJaramillo期とB/M境界間の非対称拡大を考慮することにより統一的な解釈が可能で、その中で東側の境界はかつて拡大軸の西側にあったJaramillo anomalyと考えられ、西側の境界と同様に、(形成当時の)拡大軸に向かった傾斜として理解される。

　(2)磁化強度の拡大方向の変動(Brunhes期内):それぞれ4〜5の航跡からなる3本の長い測線を、セグメント中央から南端へライン1、2、3とし、横軸に拡大軸からの距離を取り、Direct Modelingから得られた磁化強度の分布を各ライン毎に示した(図2)。拡大方向の変動について次のことが言える:(i)同じBrunhes正磁極期内の海底でも0〜30A/m程度の磁化強度の幅がある;(ii)磁化強度のばらつきは一様ではなく、高磁化域あるいは低磁化域がある程度まとまって分布する。これは磁化層(通常第2A層とされる)の厚さ変化だけでなく、磁化強度の分布も地磁気異常の短波長変動に寄与する可能性を示している;(iii)拡大軸上の磁化強度は一様に高いが、拡大方向の変動において必ずしも最高ではない。この事実は岩石の磁化が時間と共に減衰する仕組みでは説明されない;(iv)磁化強度の分布と、(変成作用が促進されると思われる)断層域の分布との間には、あまり明瞭な関係が見られない。以上のことから、磁化獲得時にすでにこのような強度の違いが存在していたと考えるのが妥当であろう。その原因として、深海堆積物から得られる古地磁気強度変動との関係を調べたところ、現在及びブリュンヌ期中期の古地磁気強度ピークに、ライン1、2における高磁化域が対応していることが判った。しかし、Brunhes期初期の古地磁気強度のピークは、B/M境界に達しているライン2でも認められなかった。また、海上観測から得られるライン1、2沿いの長波長の磁化強度変動も同様に現在及びブリュンヌ期中期の2つのピークのみで説明されることが判った。反転直後に急速に磁場強度が高まるという古地磁気強度変動の特徴は、堆積物の磁化獲得機構による見せかけの変化であるという議論があり、本結果はこれを支持するものであるのかもしれない。この議論の決着には今回のような海底玄武岩からの検証が非常に有効であろう。

　(3)拡大軸方向の変動:横軸に拡大軸沿いの距離をとり、拡大軸上の5箇所の潜航調査から得られた軸上の磁化強度を図3a(黒丸印)に示す。また、海上全磁力異常から計算された磁化強度水平分布の拡大軸沿い断面も併せて示した(図3a太線)。海上全磁力異常の結果は、世界の中央海嶺でほぼ普遍的に観測されるように、セグメント端で大きな磁化強度を示しているが、これは計算において磁化層の厚さを一定と仮定したための見せかけの高磁化であり、実際の意味は深さ方向の磁化の総量であることに注意しなければならない。一方で、深海観測から得られた磁化強度は、磁化層の厚さに無関係の絶対的な強度であるが、セグメント南端においても中央に比べて特に高い磁化は認められず、強度は軸沿いにほぼ一定の約13A/mであった。以上から、海上観測から示されるセグメント端の高磁化は、海底岩石の磁化強度の高まりではなく、セグメント端における厚い磁化層の存在を示していると考えられる。磁化強度を一様に13A/mと仮定すると、磁化層の厚さはセグメント中央で400〜500mと、通常考えられている第2A層の厚さとほぼ同程度であるのに対し、セグメント端では1km以上の磁化層が必要である(図3b)。これは次のいずれかを意味すると考えられる:(i)マントル上昇の中心であるセグメントの中央部から端部に向かってキュリー点の深度が増大している。この場合、上記の必要とされる厚さと強度から考えて、貫入岩層の第2B層も第2A層に匹敵する程の高い磁化を持つと考えなくてはならない;(ii)セグメント端における蛇紋岩化したマントルかんらん岩の存在。大西洋中央海嶺をはじめ低速拡大軸の不連続(トランスフォーム断層など)付近では、下部地殻や上部マントル物質の露頭が数多く報告されている。海水と反応して蛇紋岩化したかんらん岩は磁鉄鉱を含んでおり、磁化の担い手としては有力である。