【地球科学】鉱物の新しい測定法でマントルの謎を解き明かす

主要なマントル鉱物の1つで、地球表面では不安定なケイ酸カルシウムペロブスカイトに適用できる初めての室内測定法について報告する論文が、今週掲載される。この新知見により、地震波が異常な速度で移動すると考えられている沈み込んだ海洋地殻領域が上部マントルの底部に存在しているという見解が裏付けられた。

地震波が地球内部を通過する過程に関しては、モデルと実験室試験の結果がいくつかの点で一致しないことから、上部マントルと下部マントルとの境界（深さ560～800キロメートル）に化学的に異なる物質が存在し、それが沈み込んだ海洋地殻かもしれないことが示唆されている。その主要成分は、ケイ酸カルシウム（CaSiO3）ペロブスカイトという鉱物だと考えられている。しかし、CaSiO3ペロブスカイトは、地球表面よりも内部の高温の条件下では、地球表面の場合とは異なる立方晶構造となるため、実験室内での超音波速度測定はこれまで行われていなかった。

今回、Steeve Greauxたちの研究グループは、実験室内で立方晶CaSiO3ペロブスカイトを作製し、地球の上部マントル底部に相当する条件に至るさまざまな圧力と温度の条件下で、超音波速度測定を行った。その結果、CaSiO3ペロブスカイトの剛性が理論予測値より約25％低く、そのため、超音波はこれまで考えられていたよりもゆっくり移動することが明らかになった。Greauxたちは、この結果が、下部マントル最上部に海洋地殻が蓄積しているというこれまでの仮説の証拠になると考えている。

doi: 10.1038/s41586-018-0816-5

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