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沈み込む含水プレートにおける無水カンラン石の存在 ~深発地震とプレートの大変形解明へ新たな糸口~

【本学研究者情報】

〇本学代表者所属・職・氏名:理学研究科地学専攻・名誉教授・大谷 栄治
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

  • 沈み込む湿ったプレート内部の条件下では、「水が含水鉱物に吸い取られ、カンラン石には全く含まれない」という、従来の常識とは正反対の結果を得ました。
  • 湿ったプレート内部でも乾燥したカンラン石が存在し、その相転移(注1)によって、深発地震が起こることが判明しました。これは、深発地震が存在することが、プレートに水が含まれない証拠という従来の定説を覆す実験結果です。
  • 沈み込んだプレートの温度上昇によって含水鉱物が分解して流体水が生じ、プレートの大変形の原因になり得ることを示しました。

【概要】

プレートの主要鉱物である無水のカンラン石の相転移が、深発地震やプレート大変形の原因と考えられています。その一方で、プレートは水を地球深部へ運んでおり、湿ったプレート内に無水カンラン石が存在することには矛盾があるとされていました。北京高圧科学研究センターの石井貴之研究員(研究当時:ドイツバイロイト大学バイエルン地球科学研究所)と東北大学の大谷栄治名誉教授(理学研究科地学専攻)は、高温高圧実験によって水を含み沈み込むプレート内部の条件を再現することで、カンラン石の含水量を決定し、「含水鉱物が水を吸収し、共存するカンラン石には水が全く含まれないこと」を明らかにしました。これは、水が優先的にカンラン石に含まれ、その溶解度を超えた時に含水鉱物が生成するという従来の定説を覆す実験結果です。また、これにより湿ったプレート内でも深発地震が起こり、プレートの大変形も起こり得ることが明らかになりました。

本研究成果は、日本時間2021年5月25日午前0時(英国時間:2021年5月24日午後16時)公開のNature Geoscience誌に掲載されました。

【用語解説】

(注1)相転移
結晶を構成する原子は規則正しく配列しているが、圧力・温度が変化すると、全く違った配列に変化することがある。これを相転移と言う。地球を構成する鉱物は、地球深部で様々な相転移を起こし、より高密度の鉱物(高圧鉱物)になる。

詳細(プレスリリース本文)PDF

問い合わせ先

<研究に関すること>
東北大学名誉教授(理学研究科地学専攻)
大谷 栄治(おおたに えいじ)
E-mail:eohtani*tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

<報道に関すること>
東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
電話:022-795-6708
E-mail:sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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