CSIRO、豪州全土の鉱物分布図を公開　3つの衛星観測データを統合

オーストラリアの国立科学機関CSIROは、200を超える細かな波長帯で地表の反射光を測り、大陸全体の鉱物分布を描く地図を公開しました。最初の地図は3万3000枚超の画像から作られ、アルミニウムを含む層状ケイ酸塩鉱物の分布の違いを示しています。鉱床周辺に残る鉱物の特徴から探査候補地を絞るためのデータで、CSIROの「XT Portal」から無料で閲覧・ダウンロードできます。

200超の波長帯で地表の鉱物を見分ける

今回使われたハイパースペクトル観測は、反射光を多数の狭い波長帯に分けて測る技術です。物質は光の一部を吸収し、残りを反射するため、波長ごとのパターンから鉱物などを識別できます。鉱物の識別に使う吸収の位置や深さを捉えることで、見た目が似た物質の違いも調べられます。

CSIROが従来利用してきた14波長帯の衛星画像に対し、新たな地図は200超の波長帯の情報を利用しています。研究ディレクターのサンドラ・オッキピンティ氏は、従来は現地や実験室で小規模にしか得られなかった詳しい情報を、衛星観測によって大陸規模で扱えるようになると述べています。

CSIROは2012年にも、地球観測センサーASTERのデータを使った世界初の大陸規模の鉱物地図を公開しました。これらはオーストラリアで新たな地域の鉱物発見を支えてきました。今回の地図づくりは、その地球観測研究を引き継ぐ取り組みです。

アルミニウムを含む鉱物が探査の手掛かりに

最初の地図が対象とする層状ケイ酸塩鉱物は、層状の構造を持つ鉱物の一群です。アルミニウムを含むこれらの鉱物の分布は、鉱床周辺の岩盤に残る鉱物学的な特徴を捉える手掛かりになります。オッキピンティ氏は、有望な地域をより効果的に絞り込むことで、資源探査の時間、費用、リスクを減らせるとしています。

反射光から鉱物を調べる際には、アルミニウムと水酸基に関わる「Al-OH」の吸収が識別に使われます。モロッコのイディケル旧鉱山を対象とした研究では、航空機によるハイパースペクトル観測で、約2200ナノメートル付近の吸収を持つカオリナイトや白雲母などを調べました。このような波長ごとの特徴が、今回の地図でも対象となるアルミニウムを含む鉱物を見分ける基礎になります。

鉱床探査で注目されるのは、熱水によって岩石中の鉱物が変化する「熱水変質」の痕跡です。アルバータ大学のフィリップ・リパチェフスキ氏による研究では、カナダの金鉱床で、掘削して取り出した柱状の岩石試料を調べ、熱水変質の強さに伴う白雲母の組成変化を反射光から捉えました。鉱物の種類に加え、その組成の変化も探査の手掛かりとして研究されています。

3つの観測装置を組み合わせて大陸をカバー

地図には、イタリアのPRISMA、ドイツのEnMAP、米航空宇宙局NASAのEMITという3つの観測ミッションの画像が使われています。CSIROは画像を統合する自動処理の仕組みを開発し、雲やデータ品質の問題に対応しながら、数百テラバイトのデータを処理しました。

PRISMAとEnMAPの地上画素は30メートル四方、1回に観測する幅は30キロメートルです。EMITは地上画素が60メートル四方で、観測幅は75キロメートルあります。PRISMAとEnMAPがより細かな地表の区画を捉える一方、EMITは一度に広い範囲を観測します。

観測波長は、PRISMAが400〜2500ナノメートル、EnMAPが400〜2450ナノメートル、EMITが381〜2493ナノメートルをカバーします。いずれも可視光から短波長赤外線にまたがり、短波長赤外線は、白雲母やカオリナイトなどの変質鉱物の地図化に使われます。

ただし、複数の観測データを統合するには、センサーや前処理による違いにも対応する必要があります。ナミビアで3つの衛星観測データなどを比較した研究では、大気や地形の影響を取り除く補正の重要性が示されました。CSIROの処理では、座標系や画素の大きさをそろえた比較に加え、PRISMAとEMITについて観測幅方向の照明条件の補正も行っています。

地表の観測を現地の鉱物調査と照合する

今回の地図が捉えるのは、地表から反射する光に現れる鉱物の特徴です。観測品質は雲、煙、深い影の影響を受けるため、センサーの校正と現地での検証が重要になります。CSI​​ROの比較研究では、土壌、岩盤、地表を覆う風化物などの反射光を現地の携帯機器で測り、鉱物の同定や元素組成の分析と組み合わせています。

鉱物分布を現地調査と照合する方法は、ほかの探査地域でも用いられています。ナミビアのエペンベ鉱床では、反射光と地形の情報から作成した鉱物地図を、現地観察や放射線測定のデータで検証しました。

CSIROは、クリーンエネルギー技術や先端製造に必要な重要鉱物の供給強化に向けて、この大陸規模の観測を進めています。オッキピンティ氏は、同じ観測技術を農業や環境監視にも応用でき、環境や土地管理の判断にも役立てられると述べています。