活断層で究極の潤滑物質「酸化グラフェン」を 世界で初めて発見 ―跡津川断層系のゆっくりすべる謎を解明―

2026-05-13 東北大学

東北大学の長濱裕幸教授、島田知弥大学院生らの研究グループは、岐阜県〜富山県に広がる跡津川断層系の活断層内部から、超低摩擦物質「酸化グラフェン」の単層ナノシートを世界で初めて発見した。研究成果は2026年にNature Communicationsへ掲載された。跡津川断層では地下7〜8kmまで地震活動が少なく、断層がゆっくり滑る「クリープ現象」が知られていたが、その原因は長年不明だった。研究チームはラマン分光、XPS、TEM解析を行い、断層内に酸化グラフェンが存在することを確認。酸化グラフェンは摩擦係数0.01以下という極めて滑りやすい特性を持ち、従来知られていた粘土鉱物やグラファイトより一桁低摩擦であることから、断層の滑りやすさに大きく関与している可能性が示された。また、断層運動時の摩擦による「トライボケミカル反応」により、有機物由来炭素が酸化グラフェンへ変化した可能性も示唆された。本成果は、地震発生メカニズムや断層潤滑の理解を大きく進展させる重要な発見とされる。

活断層で究極の潤滑物質「酸化グラフェン」を 世界で初めて発見 ―跡津川断層系のゆっくりすべる謎を解明―
図1. (上)跡津川断層系の地質図。(左下)跡津川断層系に沿った地震の震源分布図。(右下)石英、グラファイト、酸化グラフェンの摩擦係数の比較。

<関連情報>

跡津川断層系における超低摩擦グラフェン酸化物 Ultra-low friction graphene oxide in the Atotsugawa Fault System

Tomoya Shimada  (島田知弥),Hiroyuki Nagahama  (長濱裕幸),Jun Muto  (武藤潤),Norihiro Nakamura  (中村教博),Sando Sawa  (澤燦道) & Hiroaki Ohfuji  (大藤弘明)
Nature Communications  Published:12 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72239-5

Abstract

The active Atotsugawa Fault System in central Japan exhibits low levels of seismicity and creep to depths of 7–8 km. Low-friction graphite (friction coefficient, μ ~ 0.1) in fault rocks has previously been proposed as a mechanism for reducing fault strength and contributing to aseismic creep. Here, we use state-of-the-art Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM) to document for the first time the discovery of graphene oxide in natural fault gouge, a material characterized by an ultra-low coefficient of friction (μ ~ 0.01) and possible superlubricity. Graphene oxide is concentrated within microcracks in fault gouge and occurs as single-layer sheets with particle sizes of 3–10 nm. Analysis of hydroxyl groups and the degree of oxidation indicate that the graphene oxide has the most effective chemical composition for fault weakening. We suggest that graphene oxide in fault rocks could dramatically reduce fault frictional strength and promote fault creep.

1702地球物理及び地球化学
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