发现沉入地球深部的海底岩石——结合实验、理论计算与地震观测，证实板块可能抵达核幔边界附近
June 10, 2026
由明治大学理工学部新名良介副教授、往届硕士生米谷珠萌，高能光科学研究中心（JASRI）前首席研究员河口沙织（现任京都大学特聘副教授），东京大学研究生院理学系研究科河合研志副教授、往届硕士生佐藤嶺与大鹤启介，物质・材料研究机构（NIMS）首席研究员佐久间博、末原茂，以及冈山大学行星物质研究所石井贵之副教授组成的研究团队开展了相关研究。该研究结合地球深部模拟实验、原子尺度理论计算、地震波观测三类手段，获得新的证据显示：随海洋板块俯冲至地球内部的岩石，可抵达地下约2900公里处的核幔边界附近。
地球表层的海洋板块会沿着海沟向地球内部俯冲。学界一直认为，俯冲板块所携带的岩石，会历经数亿年时间逐步沉入地幔深处。但长久以来，一直难以直接加以证实这类岩石能否抵达靠近地心的核幔边界。本次研究的核心突破口，是俯冲洋壳中含量丰富的二氧化硅（SiO2）。二氧化硅在地球深部极端高温高压环境下会改变晶体结构，在地幔最深处会转变为一种高密度矿物seifertite。该矿物相变会对地震波传播特性产生显著影响，因此可作为探寻深部俯冲岩石的重要标识。
研究团队首先开展高温高压实验，并借助大型同步辐射设施SPring-8进行量子束检测，明确确定了二氧化硅转变为seifertite的温度压力条件。随后通过原子尺度量子理论计算，验证实验结果的可靠性，同时分析学界此前关注的亚稳相带来的影响。团队还解析了大量地震波形数据，结合中美洲、夏威夷地下的地震波速度结构进行比对，证实实验室观测到的矿物相变，与实际地球深部探测到的地震波速度异常现象相互印证。
本研究获JSPS科研经费资助（课题编号：19H01989, 23H01277, JP23K25970, JP24K07171, JP23KJ0651, 23K19067, 24K00735, 24KJ2052），相关成果已发表于英国Nature子刊《Scientific Reports》。
论文信息
杂志名：Scientific Reports
论文题目：Cold SiO2-rich slabs reaching the CMB revealed by the seifertite phase boundary
作者：Sinmyo R., Kawaguchi SI., Sato R., Otsuru, K., Kawai K., Sakuma H., Suehara S., Ishii T., Maitani S.
研究机构：明治大学、高能光科学研究中心、东京大学、物质・材料研究机构、冈山大学等
研究内容：依托SPring-8开展高速X射线衍射实验，结合理论计算，确定SiO2的seifertite相变边界；再与地震波速度结构开展比对分析，证实富含SiO2的俯冲洋壳岩石，很可能已运移至核幔边界附近。
DOI：https://doi.org/10.1038/s41598-026-54731-6
公开日：日本时间2026年5月30日（周六）
＜详细研究内容＞
发现潜入地球深处的海底岩石——结合实验、理论计算与地震观测，证实板块可抵达地核周边区域
联系方式
＜关于研究内容论文＞
明治大学理工学部物理学科 新名 良介
京都大学 成长战略本部 氢能材料与下一代电池研究开发单元 (OI-HAB) 河口 沙织
东京大学 研究生院理学系研究科 地球行星科学专业 河合 研志
冈山大学 学术研究院前沿研究领域（行星物质研究所） 石井 贵之
＜关于报道 其他＞
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东京大学 理学系研究科
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