明治大学理工学部の新名良介准教授、米谷珠萌同大学院生(当時)、高輝度光科学研究センター(JASRI)の河口沙織主幹研究員(当時、現：京都大学 特定准教授)、東京大学大学院理学系研究科の河合研志准教授、佐藤嶺同大学院生(当時)、大鶴啓介同大学院生(当時)、物質・材料研究機構(NIMS)の佐久間博主幹研究員、末原茂主幹研究員、岡山大学(惑星物質研究所)の石井貴之准教授で構成される研究グループは、地球深部を再現する実験、原子レベルの理論計算、地震波観測を組み合わせることで、海洋プレートとともに地球内部へ沈み込んだ岩石が、深さ約2900kmの「核―マントル境界」付近まで到達している可能性を示す新たな証拠を得ました。
地球の表面では、海洋プレートが海溝から地球内部へ沈み込んでいます。沈み込んだプレート由来の岩石は、数億年という長い時間をかけてマントルの奥深くへ運ばれると考えられてきました。しかし、それが本当に地球中心に近い核―マントル境界まで到達しているのかを直接示すことは、これまで容易ではありませんでした。今回の研究の鍵となったのは、沈み込んだ海洋地殻に多く含まれる二酸化ケイ素（SiO2）です。SiO2は、地球深部の非常に高い圧力と温度のもとで結晶構造を変え、最深部マントルでは「seifertite（ザイフェルタイト）」と呼ばれる高密度の構造になります。この変化は、地震波の伝わり方に特徴的な影響を与えるため、地球深部に沈み込んだ岩石を探す“目印”になります。
本研究では、まず高温高圧力実験と大型放射光施設SPring-8における量子ビーム測定によってSiO2がどの圧力・温度でseifertiteへ変化するのかを精密に決定しました。次に、原子レベルの量子理論計算によって実験結果の妥当性や、これまで問題となっていた準安定相の影響を検証しました。さらに、膨大な地震波形データを解析し、中央アメリカおよびハワイ下の地震波速度構造と照合することで、実験室で得られた鉱物の変化が、実際の地球深部で観測される地震波速度異常と対応することを示しました。
本研究は、JSPS科研費 19H01989, 23H01277, JP23K25970, JP24K07171, JP23KJ0651, 23K19067, 24K00735, 24KJ2052の助成を受けて実施され、成果は英国Nature系列誌の「Scientific Reports」に掲載されました。
論文情報
雑誌名：Scientific Reports
論文タイトル：Cold SiO2-rich slabs reaching the CMB revealed by the seifertite phase boundary
著者：Sinmyo R., Kawaguchi SI., Sato R., Otsuru, K., Kawai K., Sakuma H., Suehara S., Ishii T., Maitani S.
研究機関：明治大学、高輝度光科学研究センター、東京大学、物質・材料研究機構、岡山大学 ほか
研究内容：SiO2のseifertite相境界をSPring-8高速X線回折実験と理論計算で決定し、地震波速度構造との比較から、沈み込んだ海洋プレート由来のSiO2に富む岩石が核―マントル境界付近に到達している可能性を示した。
DOI：https://doi.org/10.1038/s41598-026-54731-6
公開日：日本時間2026年5月30日（土）
＜詳しい内容について＞
地球の奥深くに沈み込んだ海底の岩石を発見― 実験・理論計算・地震観測を組み合わせ、プレートが核付近まで到達したことが明らかに ―
本件の問い合わせ先
＜研究内容・論文に関すること＞
明治大学理工学部物理学科 新名 良介
京都大学 成長戦略本部 水素エネルギーマテリアル・次世代電池研究開発ユニット (OI-HAB) 河口 沙織
東京大学 大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻 河合 研志
岡山大学 学術研究院先鋭研究領域（惑星物質研究所） 石井 貴之
＜取材に関すること・その他＞
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公益財団法人高輝度光科学研究センター（JASRI）利用推進部 普及情報課
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東京大学 理学系研究科
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