岡山大学、本学GRC、神戸大学、高輝度光科学研究センター、東京工業大学による共同研究チームが、地球下部マントルの主要鉱物であるブリッジマナイトの変形による結晶選択配向を決定し、沈み込んだプレート近傍の地球下部マントルの流れ方向を明らかにしました。
固体岩石からなる地球マントルは、地質学的な長い時間をかけて流動変形しており、この変形が地球内部の物質循環や熱輸送を担っています。そのため、地球マントルの流動変形の状態を理解することは重要な意味を持っています。地表から沈み込み、深さ660km以深の下部マントルに達したプレートの周辺では、地震波の横波の速度が振動方向により大きく異なる地震波異方性が観測されており、下部マントルの主要鉱物ブリッジマナイトが変形し粒子が特定の方位にそろった状態（結晶選択配向）にあることが考えられます。
ブリッジマナイトは地球下部マントル中の主要鉱物であるばかりでなく、地球全体でも最も多量に存在する鉱物です。しかし、下部マントルに相当する高温・高圧力での変形実験とその結晶選択配向の測定は困難であり、これまでブリッジマナイトの結晶選択配向は明らかとなっていません。そのため、プレート周辺の下部マントルの流動変形の方向を知ることができませんでした。
今回の研究は、岡山大学惑星物質研究所の辻野典秀JSPS特別研究員と山崎大輔准教授、本学GRCの西原遊准教授、神戸大学の瀬戸雄介講師、高輝度光科学研究センターの肥後祐司研究員、東京工業大学の高橋栄一教授からなる共同研究チームによるもので、下部マントルの温度圧力条件下で変形したブリッジマナイトの結晶選択配向の決定に成功しました。
高温高圧での変形実験の技術改良により下部マントルに相当する条件での大歪せん断変形実験を実現し、変形したブリッジマナイトの結晶選択配向を高輝度光科学研究センターの大型放射光実験施設（SPring-8）において測定しました。その結果をもとに、これまでに報告されている地震波異方性から、沈み込んでいるプレート周辺の下部マントルがプレートの沈み込み方向に流動変形していることを明らかにしました。この成果は、火山や地震に影響を与えるマントル流動（ダイナミクス）の理解に大きく貢献するものです。
本研究成果は、イギリスの総合科学誌『Nature』の10月17日号において発表されました。
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- ブリッジマナイトの結晶構造。ケイ素(青)、酸素(赤)、マグネシウム(オレンジ)。
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- 南太平洋のトンガ・ケルマディック地域の地球マントルの断面。沈み込むプレート（青）が下部マントルで横方向に流れている。
発表論文
Noriyoshi Tsujino, Yu Nishihara, Daisuke Yamazaki, Yusuke Seto, Yuji Higo, Eiichi Takahashi, Mantle dynamics inferred from the crystallographic-preferred-orientation of bridgmanite, Nature, DOI: 10.1038/nature19777
参考HP
論文HP
プレスリリース資料（PDFファイル 298KB）
Nature
愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター
岡山大学惑星物質研究所
神戸大学理学研究科惑星学専攻
高輝度光科学研究センター（SPring-8）
東京工業大学理学院地球惑星科学系