地球深部の主要鉱物は“ほぼ乾燥”していた~深部の水の行き先が判明~

2026-08-31 岡山大学,愛媛大学,広島大学,帝京科学大学,京都大学,高輝度光科学研究センター

岡山大学、愛媛大学、広島大学、帝京科学大学、京都大学、高輝度光科学研究センターなどの国際共同研究グループは、地球下部マントルの主要鉱物であるデイブマオアイトが、従来考えられていたほど水を取り込まないことを明らかにした。大型放射光施設SPring-8で、川井型マルチアンビル高圧発生装置と放射光X線を組み合わせ、下部マントル最上部に相当する高温・高圧条件で鉱物の体積を精密測定した。その結果、乾燥条件と含水条件で体積にほとんど差がなく、デイブマオアイトの水溶解度は0.08 wt%以下で、従来推定の10分の1以下と判明した。これまで下部マントルの水を保持する主要な鉱物と考えられてきたデイブマオアイトが実際にはほぼ乾燥していることから、地球深部の水は主として沈み込んだ地殻物質に集中するという新たな水循環モデルが示された。地球内部の物質循環と進化の理解を大きく更新する成果である。

地球深部の主要鉱物は“ほぼ乾燥”していた~深部の水の行き先が判明~
図1.沈み込むプレート内の水の分布。

<関連情報>

下部マントル条件下におけるダベマオアイトへの水の取り込みは限定的である Limited water incorporation in davemaoite under lower-mantle conditions

Takayuki Ishii,Goru Takaichi,Yu Nishihara,Kyoko N. Matsukage,Shoichi Itoh,Yanhao Lin,Tetsuo Irifune,Daijo Ikuta,Bin Zhao,Dilan H. F. Diyalanthonige,Noriyoshi Tsujino,Sho Kakizawa & Yuji Higo
Communications Earth & Environment  Published:24 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s43247-026-03856-7  Early provide

Abstract

Water storage in Earth’s mantle impacts its physical and chemical properties, yet the capacity of the lower mantle to host water remains poorly constrained. While the transition zone is a major reservoir, the dominant lower-mantle minerals bridgmanite and ferropericlase exhibit limited water solubility, and the role of davemaoite (CaSiO3-perovskite) remains uncertain due to experimental challenges. Here we report in-situ lattice-volume measurements of davemaoite synthesized under dry and hydrous conditions up to 30 GPa and 2100 K using advanced multi-anvil techniques. At lower-mantle temperatures, hydration produces only a marginal volume reduction, indicating that water incorporation is limited to trace levels rather than the substantial amounts suggested previously. We also find no clear evidence for the tetragonal structure regardless of hydration. These results indicate that davemaoite stores limited water in the peridotitic mantle, implying that subducted crustal materials such as basaltic crust containing hydrous silica phases could dominate deep-lower mantle water storage.

1702地球物理及び地球化学
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