本学地球深部ダイナミクス研究センター(GRC)の境毅助教、出倉春彦助教、高輝度光科学研究センターの平尾直久研究員による研究グループが、地球マントル最深部・スーパーアース深部に存在するとされる鉱物であるポストペロブスカイト相の高温高圧下における圧縮挙動を高圧実験と理論計算を用いて解明しました。
記者説明会の様子（左から入舩GRCセンター長、境助教、出倉助教）
地球のマントルの最深部2700−2900 kmの深さにはポストペロブスカイト相と呼ばれる鉱物が存在します。近年、太陽系の外側で多く見つかっている地球の数倍の質量をもつスーパーアースと呼ばれる惑星では、その内部圧力も地球と比べて非常に大きくなるため、この相がスーパーアース内部の大部分を占めていると予想されています。しかし、地球マントル最深部の温度圧力（~4000度、136万気圧）を大きく超えるような圧力での密度（体積）の変化を表す式（状態方程式）に関する実験的あるいは理論的研究はほとんど行われておらず、地球マントル最深部やスーパーアースマントル深部におけるこの鉱物の圧縮挙動についてはよく分かっていませんでした。
今回の研究では、大型放射光施設SPring-8において従来の実験的研究の約2倍の圧力である265万気圧までの高圧実験を行って精密な密度データを取得し、状態方程式を確立しました。さらに、実験とは独立して理論計算も並行して行い、従来の理論的研究が行ってきた圧力の6倍に相当する1200万気圧・5000 度までの密度データを計算しました。実験的および理論的に決定した状態方程式を比較すると非常によい一致を示し、理論と実験との間の整合性が極めて高いモデルを構築することに成功しました。今回の成果により、スーパーアースマントル内部構造のみならず地球マントル最深部の理解が深まることが期待されます。
本研究は、イギリスNature出版社のオンラインジャーナルScientific Reportsの3月7日版において発表されています。
掲載論文
Sakai, T., Dekura, H. and Hirao, N., Experimental and theoretical thermal equations of state of MgSiO3 post-perovskite at multi-megabar pressures, Scientific Reports, 6, 22652, doi:10.1038/srep22652, 2016.
参考HP