【概要】

ドイツ連邦共和国バイロイト大学バイエルン地球科学研究所のArtem Chanyshev研究員・桂智男教授・Dmitry Bondar大学院生・Eun Jeong Kim研究員・西田圭佑研究員・Zhaodong Liu研究員・Ling Wang研究員、中華人民共和国北京高圧科学研究中心の石井貴之主任研究員・Bingmin Yan技官・Hu Tang大学院生・Zhen Chen大学院生、高輝度光科学研究センター回折・散乱推進室の丹下慶範・肥後祐司主幹研究員、ドイツ電子放射光施設のRobert Farla主任研究員・Shrikant Bhat主任研究員、東北大学中嶋彩乃大学院生らからなる国際共同研究チームは、大型放射光施設SPring-8^※1とドイツ電子放射光施設の放射光X線を利用した高温高圧下その場観察実験により上部・下部マントル境界条件で、秋本石－ブリッジマン石転移及びリングウッド石からブリッジマン石＋ペリクレースへの分解反応の相境界^※２を精密に決定しました。上部・下部マントル境界は通常の地域では深さ660 kmに位置しますが、周囲と比較して低温であるプレートの沈み込み帯下では大きく陥没しています。上部・下部マントル境界は、リングウッド石の分解によって引き起こされると考えられています。その為、沈み込み帯下の境界の陥没は、比較的低温であるために起きるこの分解反応深度の上昇によると考えられてきました。しかし、リングウッド石の分解反応深度にはほとんど温度依存性がなく、実際の陥没を説明できるような深度変化が期待できません。本研究では、リングウッド石分解反応とは対称的に、秋本石－ブリッジマン石の転移圧力が低温において大きな負の温度依存性を持つことが示されました。これにより、沈み込み帯下における上部・下部マントル境界の陥没は秋本石－ブリッジマン石転移によって引き起こされることが明らかになりました。

本研究成果は、世界最高の学術雑誌、「Nature」に1月6日号に掲載されました。

図１．沈み込み帯下の660 km付近の構造

【用語解説】

注1.　大型放射光施設SPring-8
理化学研究所が所有する兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す大型放射光施設で、利用者支援等はJASRIが行っています。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeVに由来しています。SPring-8では、放射光と呼ばれる非常に強い光を用いてナノテクノロジー、バイオテクノロジーや産業利用まで幅広い研究が行われています。

注2.　相境界
結晶を構成する原子は規則正しく配列していますが、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ります。これを相転移と言います。地球を構成する主要な鉱物は、地球深部の深さに相当する圧力で様々な相転移を起こし、より高密度の鉱物（高圧鉱物）になります。高圧側で安定な相と低圧側で安定な相の境界を相境界と呼びます。

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