火星の核直上にある部分溶融層はどのように形成されるのか? 火星の核-マントル境界における長寿命の部分溶融層の形成機構 ~高温高圧実験で明らかにした鉄に富むメルトの生成・沈降と核直上への集積~

2026-10-30 愛媛大学

愛媛大学、ソルボンヌ大学などの国際研究チームは、火星の核とマントルの境界直上に存在すると考えられている部分溶融層の形成・維持機構を、高温高圧実験によって明らかにした。火星内部を再現した試料に最大約19万気圧の圧力と高温を加え、SPring-8の強力なX線などを用いて分析した結果、火星マントルの岩石は従来の予想より約100℃低い温度で溶け始め、鉄に富む高密度の液体を生成することが分かった。この液体は火星深部へゆっくり沈降し、中心核の直上に集積することで、長期間安定して存在する部分溶融層を形成すると考えられる。この成果は、火星探査機InSightが観測した地震波伝播の異常を説明するとともに、火星内部の熱進化や冷却過程を理解する手がかりとなる。

火星の核直上にある部分溶融層はどのように形成されるのか? 火星の核-マントル境界における長寿命の部分溶融層の形成機構 ~高温高圧実験で明らかにした鉄に富むメルトの生成・沈降と核直上への集積~
火星深部における中心核直上のマグマ層の形成過程を示す模式図

<関連情報>

火星の核-マントル境界における長寿命マグマ層の存在条件を明らかにする実験研究 Experimental constraints on a long-lived magma layer at the Martian core–mantle boundary

Rémy Pierru, Steeve Gréaux, Serena Dominijanni, Lianjie Man, Yoshio Kono, Sho Kakizawa, Yuji Higo, James Badro, Daniel J. Frost & Daniele Antonangeli
Nature Geoscience  Published:18 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41561-026-02104-z

Abstract

Geophysical observations from the InSight mission suggest anomalously low seismic velocities near the Martian core–mantle boundary, possibly indicating a molten silicate layer. Such a layer would have major implications for the thermal and chemical evolution of Mars, but its origin remains poorly constrained because experimental data on iron-rich Martian melts at deep-mantle conditions remain scarce. Here we use in situ ultrasonic interferometry combined with X-ray imaging and diffraction to determine the melting phase relations, ultrasonic response and chemical compositions of co-existing melts and solids under conditions relevant to the Martian core–mantle boundary. Our experiments constrain a Martian mantle solidus about 100 K lower than previous estimates. We show that incipient melting rapidly weakens the elastic response, reducing wave speeds and modifying the ultrasonic signal character. Melts generated slightly above the solidus at 18–19 GPa, equivalent to a depth of approximately 1,550 km, are strongly enriched in iron (Fe# of 0.5) and reach densities comparable to or greater than surrounding solids, implying neutral to negative buoyancy. The combination of high melt density and low wetting angles favours the formation of an interconnected dense melt layer near the core–mantle boundary from a moderately FeO-rich Martian mantle without necessarily requiring overturn of an extremely Fe-enriched primordial reservoir and remains compatible with proposed thermal models.

1702地球物理及び地球化学
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