岡山大学
高輝度光科学研究センター

◆発表のポイント

• 現在の地球は巨大隕石の衝突により大規模に熔解してできたマグマオーシャンが固化することで構成されたものであり、その過程を明らかにするためには、高温・高圧下でのマグマの物性を測定することが不可欠です。
• 岡山大学惑星物質研究所で開発した半導体ダイヤモンドヒーターを用いて、30 GPa、3000 Kという超高温・高圧下における、マグマの主成分であるケイ酸塩メルトの粘性率を決定することに成功しました。
• この成果に基づき、地球内部の下部マントル高粘性層の成因がブリジマナイトの堆積によることを明らかにしました。

　岡山大学惑星物質研究所（惑星研）の米田明客員研究員、大学院自然科学研究科博士課程地球惑星物質科学専攻の謝龍剣大学院生（当時、現ドイツ・バイロイト地球科学研究所ポスドク研究員）、クレルモン・オーベルニュー大学（フランス）のデニス・アンドロー教授、高輝度光科学研究センター（JASRI）の肥後祐司主幹研究員、丹下慶範主幹研究員、SOLEIL放射光施設（フランス）のニコラ・グノー研究員らの研究グループは、30 GPa、3000 Kの圧力・温度範囲でケイ酸塩メルト（多成分が混合した溶融状態のケイ酸塩）の粘性率測定に成功しました。
　本研究では、耐熱性とX線透過性に優れた半導体ダイヤモンドヒーターを用いました。得られた粘性率データをもとに、マグマオーシャンから析出した結晶が沈降するかどうかを考察しました。その結果、深さ1000 km付近で析出したブリッジマナイト（地球内部に最も多く存在する鉱物）の結晶がより深部へ沈降するという結果が得られました。沈降したブリッジマナイト結晶は下部マントル1000-1500 kmの高粘性率層を形成します。本研究成果は1月28日、英国科学雑誌「Nature Communications」（電子ジャーナル）に掲載されました。
　図1、2に実験の概要を示しています。ケイ酸塩試料中においた金属球はケイ酸塩が熔解すると熔解メルト中を沈降し、その様子をX線イメージング法で観察します。耐熱性とX線透過性の高い半導体ダイヤモンドヒーターは本研究に最適です。本実験は、SPring-8（日本）とSOLEIL（フランス）の放射光実験施設で実施された日仏共同研究です。得られた結果からマグマオーシャンの固化過程を考察しました。この結果から下部マントル高粘性率層の成因が明らかになりました。

◆研究者からのひとこと

岡山大学惑星物質研究所の高圧グループは2010年頃から半導体ダイヤモンドヒーターの開発を行ってきました。目標は～4000 Kの超高温発生です。これまでの開発状況を数本の論文に纏めてきましたが、本論文は半導体ダイヤモンドヒーターを地球科学研究に応用した最初の成果です。

米田客員研究員

■論文情報論 文 名：Formation of bridgmanite-enriched layer at the top lower-mantle during magma ocean solidification（下部マントルのブリッジマナイト層はマグマオーシャン固化過程で形成された）掲 載 紙：Nature Communications著 　者：謝龍剣、米田明、山﨑大輔、ギート・マンチラケ、肥後祐司、丹下慶範、ニコラ・グノー、アンドリュー・キング、マリオ・シール、デニス・アンドローD O I：10.1038/s41467-019-14071-8U R L：https://www.nature.com/ncomms/


＜詳しい研究内容について＞
下部マントルはマグマオーシャンからの堆積で形成された
半導体ダイヤモンドヒーターによる成果
日仏放射光X線施設による共同研究

＜お問い合わせ＞
岡山大学惑星物質研究所
客員研究員　（よねだ　あきら）　
TEL：0858-43-3762
FAX：0858-43-2184
ホームページ：http://www.misasa.okayama-u.ac.jp/~hacto/top_j.html