愛媛大学先端研究院地球深部ダイナミクス研究センターの張友悦助教は、地球深部における沈み込む海洋地殻とケイ酸塩の相互作用を、大容量マルチアンビル装置を用いた高圧高温実験により明らかにました。

実験の結果、海洋地殻内の炭酸塩の存在により海洋地殻とケイ酸塩との間のCa-Mg交換が促進されるとともに、Feに富む条件下ではケイ酸塩へのCaの取り込みが増大し、ケイ酸カルシウム（デイヴマオアイト、CaSiO₃）の溶出が著しく進むことが示されました。この反応により、深さ約560 km付近でデイヴマオアイトが体積比で12～33％まで濃集し、マントルの深さ520 km付近の地震学的な不連続面が複数生成することを説明するために必要な2～4％の物性値の差異が生じます。深部炭素循環は、地球マントルにおける鉱物平衡、化学成層を能動的に再形成するうえで重要な役割を果たします。

この研究成果は、自然科学分野のオープンアクセス学術ジャーナル「Nature Communications」に8月21日付で掲載されました。

研究成果のポイント

• 炭酸塩を含む海洋地殻組成を用いた高圧・高温実験を実行
• 沈み込む炭酸塩と鉄に富む環境がデイヴマオアイト（ケイ酸カルシウム）の離溶を促すことを実験で証明
• デイヴマオアイトの濃縮が地球マントルの520km不連続面分裂（560kmにも不連続面）の原因
• 沈み込んだ炭酸塩による深部炭素循環が、地球深部の鉱物相平衡・化学的層構造・地震学的な特徴を維持

論文情報

掲載誌：Nature Communications
題名：Deep carbon cycling drives the splitting of the 520-km mantle discontinuity
（和訳）深部炭素循環が引き起こすマントル520km不連続面の分裂
著者：Xinyue Zhang, Wei Wei, Youyue Zhang, Zhu Mao, Ningyu Sun, Daoyuan Sun, Wei Leng, Takashi Yoshino, Izumi Mashino, Tomoo Katsura, Jiewen Li, Wancai Li & Jung-Fu Lin
DOI：10.1038/s41467-026-76803-x