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投稿日:2019.01.10
下部マントル最上部に玄武岩質の物質―沈み込むプレートの行方に関する論文がNature に掲載―

 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター(GRC)のスティーブ・グレオ(Steeve Gréaux)研究員と入舩徹男教授(いずれも東京工業大学地球生命研究所兼務)らと高輝度光科学研究センター、滋賀県立大学の研究者からなるグループは、放射光X線を利用したその場観察実験と超音波測定実験の組み合わせにより、マントル中の主要な高圧型鉱物であるCaSiO3ペロブスカイトの弾性波速度の測定に成功し、この高圧型鉱物を多く含む玄武岩質の海洋地殻物質が、マントル深部の660km不連続面直下に多量に存在することを明らかにしました。
本研究は国際科学雑誌「Nature」の1月10日版において発表されます。

【研究の概要】
沈み込む海洋プレートは、マントル物質が部分的に融けて固まった玄武岩質の海洋地殻と、融け残りの岩石であるハルツバージャイト岩からできていると考えられています。海洋プレートはマントル中の深さ660 km付近の地震学的な不連続面(660 km不連続面)付近まで沈み込むことが知られていますが、その先の挙動に関しては十分に解明されていません。一部のプレートは660 km不連続面付近に滞留し「スタグナントスラブ」(または「メガリス」)と称される巨大な塊を形成すると考えられるのに対し、他のプレートは660 km不連続面付近で水平に横たわる、あるいは660 km不連続面を突破して地球中心の核まで到達することが、地震波を利用したトモグラフィー(CT)により予想されています。
 このようなプレートの挙動を追跡するためには、プレートを構成する高圧型鉱物の弾性波(=地震波)速度を測定し、地球内部の地震波速度の観測データと比較検討する必要があります。これまでにプレートやマントルを構成する高圧型鉱物の弾性波速度の測定は、GRCをはじめとする各国ですすめられていましたが、唯一CaSiO3ペロブスカイトと呼ばれる高圧型鉱物だけは測定が困難でした。それは、この高圧型鉱物の結晶構造が常圧では維持できず、アモルファス(非結晶)へと変化することによります。
 グレオ研究員らは新たな手法に基づき、約23万気圧・1700Kという深さ660 km不連続面に対応する圧力温度条件下で、CaSiO3ペロブスカイトの弾性波速度測定を直接測定することに初めて成功しました。この結果、この高圧型鉱物は従来予想されていたよりも、はるかに遅い弾性波速度を示すことが明らかになりました。
 沈み込むプレート構成物質のうち、玄武岩からなる海洋地殻物質は、マントル深部条件下ではCaSiO3ペロブスカイトを20-30%含むことが知られています。今回の実験結果から、このような玄武岩質の物質は、周囲のマントルに比べて弾性波速度が大きく低下することがわかりました。
 近年北アメリカなどの下の660 km不連続面直下において、地震波速度が低下する領域が発見されました。この地震波の速度低下は、この付近で生成する可能性があるマグマの影響であると解釈されています。しかし今回の研究は、この低速度領域が、この付近に存在する沈み込んだ海洋地殻に由来する、玄武岩質の物質により説明可能なことを示しました。
 本研究は、海洋地殻物質は下部マントルの最上部に留まることを示しています。最近深さ660 km付近のマントル深部から上昇してきたと思われるダイヤモンド中に、初めて天然のCaSiO3ペロブスカイトが発見され、昨年ネイチャー誌に発表されました。本研究結果はこの発見とも整合的であるとともに、マントル深部におけるプレートゆくえの解明において、重要な意義を持つと考えられます。
本研究の成果はイギリスの総合科学誌「ネイチャー」において1月10日に発表されます。

研究成果の詳細はこちら(PDFファイル 1,653KB)

発表論文

Sound velocity of CaSiO3 pervskite suggests the presence of basaltic crust in the lower mantle

参考HP

論文HP

地球深部ダイナミクス研究センター

Nature

東京工業大学地球生命研究所(ELSI)

SPring-8

滋賀県立大学

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地球深部ダイナミクス研究センター 研究員 スティーブ グレオ

Tel
089-927-8137
Mail
greaux@sci.ehime-u.ac.jp

地球深部ダイナミクス研究センター 教授・センター長 入舩 徹男

Tel
089-927-9645
Mail
irifune@dpc.ehime-u.ac.jp