地球科学：マントル中部の粘性の急増を説明するブリッジマナイトの粒径変動

ジオイドの逆問題とスラブ沈み込み速度から、地球の深さ800～1200 kmの下部マントルで粘性が1〜2桁急増することが推測されている。この急増は、マントル中部の粘性急増と呼ばれている。マントル中部の粘性急増は、スラブの沈み込みを減速し、プリュームの上昇を加速するとともに化学的混合を抑制するので、下部マントルのダイナミクスと進化の重要な要素である。しかし、この深さでは下部マントルの主要鉱物の相転移は起こらないので、この粘性急増の起源はまだよく分かっていない。本論文で我々は、下部マントル深部のブリッジマナイトに富む岩石は、その上にあるパイロライト的な岩石よりも粒径が1桁以上大きく、粘性が少なくとも1桁高いことを示す。こうした差異は、マントル中部の粘性急増を説明するのに十分である。地球史の初期段階でのブリッジマナイトに富む岩石の急速な成長とその結果生じた高い粘性によって、それらがマントル対流に抗して維持されたことが説明される。地震波異方性のまばらな観測結果だけでなく、コンドライトに対して高い上部マントルのMg:Si比、ホットスポットマグマにおける異常な¹⁴²Nd: ¹⁴⁴Nd、¹⁸²W:¹⁸⁴W、³He:⁴He同位体比、マントル中部におけるプリュームの偏向とスラブの滞留は、ブリッジマナイトに富む岩石が、急速な粒子成長によって促進されて下部マントル深部に長期間保持されることで説明できる。

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