地球最深部への沈み込むプレートの謎を解明

明治大学、高輝度光科学研究センター、東京大学、岡山大学の共同研究グループは、海洋プレートとともに地球内部へ沈み込んだ岩石が、深さ約2900kmの「核―マントル境界」付近まで到達している可能性を示す新たな証拠を発見した。実験、理論計算、地震波観測を組み合わせた研究成果である。

二酸化ケイ素が変わる仕組みと発見のカギ

今回の研究の鍵となったのは、沈み込んだ海洋地殻に多く含まれる二酸化ケイ素（SiO2）である。SiO2は、地球深部の非常に高い圧力と温度のもとで結晶構造を変え、最深部マントルでは「seifertite（ザイフェルタイト）」と呼ばれる高密度の構造になる。この変化は地震波の伝わり方に特徴的な影響を与えるため、地球深部に沈み込んだ岩石を探す「目印」となった。

実験と理論計算で岩石変化を精密に決定

本研究では、まず高温高圧力実験と大型放射光施設SPring-8における量子ビーム測定によってSiO2がどの圧力・温度でseifertiteへ変化するのかを精密に決定した。次に、原子レベルの量子理論計算によって実験結果の妥当性や、これまで問題となっていた準安定相の影響を検証している。

地震波速度構造との照合で地球深部を可視化

さらに、膨大な地震波形データを解析し、中央アメリカおよびハワイ下の地震波速度構造と照合することで、実験室で得られた鉱物の変化が、実際の地球深部で観測される地震波速度異常と対応することを示した。これまで地球中心に近い核―マントル境界まで到達しているのかを直接示すことは容易ではなかったが、今回の研究により新たな可能性が明らかになった。

Nature系列誌に掲載された研究成果

本研究は、JSPS科研費の助成を受けて実施され、成果は英国Nature系列誌の「Scientific Reports」に掲載された。論文タイトルは「Cold SiO2-rich slabs reaching the CMB revealed by the seifertite phase boundary」であり、2026年5月30日に公開されている。数億年という長い時間をかけてマントルの奥深くへ運ばれると考えられていたプレート由来の岩石が、実際にどこまで到達しているのかについて、今後さらなる研究の発展が期待される。

出典: https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000004074.000072793.html