月の深部の長年の謎を解明 ~核とマントルの化学反応で生成する鉱物が月の核 -マントル境界の地震波異常構造の原因~

2026-07-03 愛媛大学

愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター(GRC)を含む国際共同研究チームは、月の核とマントルの境界(CMB)で観測される長年の謎であった地震波低速度層の原因を解明した。高温・高圧実験の結果、金属核と岩石マントルが境界で化学反応を起こし、鉄に富む鉱物マグネシオウスタイトが新たに形成されることを実証した。この鉱物は地震波速度を低下させる性質を持ち、月内部で観測されている低速度層を説明できる可能性が高い。従来は、核とマントルは形成後ほぼ独立した層として存在すると考えられてきたが、本研究は両者が長期にわたり化学反応を続け、新たな鉱物を生成することを示した。これは月の内部構造や熱進化の理解を大きく前進させるだけでなく、水星や火星など他の岩石型惑星・衛星にも共通する内部進化の仕組みを考える上で重要な知見となる。成果はNature Communications誌に掲載され、惑星内部の化学進化に新たな視点を提供した。

月の深部の長年の謎を解明 ~核とマントルの化学反応で生成する鉱物が月の核 -マントル境界の地震波異常構造の原因~

<関連情報>

月の核-マントル境界におけるマグネシオウスタイトの反応形成 Reactive formation of magnesiowüstite at the lunar core-mantle boundary

Qianzhi Xu,Shuchang Gao,Wim van Westrenen,Steeve Gréaux,Yoshio Kono,Peiyan Wu,Yongjiang Xu,Sheng Shang,Hua Xiang,Sho Kakizawa,Noriyoshi Tsujino,Yuji Higo & Yanhao Lin
Nature Communications  Published:23 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-71701-8

Abstract

Seismological and geodetic data indicate that the lunar core-mantle boundary (CMB) exhibits a well-defined low-velocity zone (LVZ) with a combination of anomalous seismic velocities and density that remain unexplained. Here, in-house high-pressure experiments simulating the interaction between mantle olivine and core iron at CMB conditions in conjunction with thermodynamic modeling demonstrate reactive formation of dense iron-rich magnesiowüstite [Mw, (Fe,Mg)O], a hitherto unrecognized lunar mineral. In-situ synchrotron ultrasonic measurements show that the seismic velocities and density of Mw, when incorporated in realistic proportions of ~5–15 wt% with mantle olivine plus minor silicate melt match the observed LVZ properties. Oxygen exsolution from core metal during cooling is the most likely driver of Mw formation, quantitatively yielding the required Mw proportions in the LVZ. These results suggest that core-mantle reactions can generate magnesiowüstite through oxidation of iron metal, offering a blueprint for the expected seismic properties of the CMB regions of rocky bodies that experience mantle oxidation after core formation.

1702地球物理及び地球化学
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