深部マントル上昇流が背弧海盆拡大を駆動する重要な役割を解明(Study Reveals Important Role of Deep Mantle Upwelling in Driving Back-Arc Spreading)

2026-08-18 中国科学院(CAS)

中国科学院海洋研究所(IOCAS)の研究チームは、伊豆・小笠原・マリアナ(IBM)沈み込み帯を対象とした3次元P波トモグラフィーにより、深部マントル上昇流が島弧のリフティングや背弧拡大を駆動する重要な要因であることを示した。陸上観測点と海底地震計のデータを統合し、深さ20~700 kmの地震波速度構造を解析した結果、伊豆・小笠原とマリアナの下に異なる低速度異常を確認。伊豆・小笠原では上部マントル基底付近から斜めに上昇する一方、マリアナでは約550 km深のマントル遷移層からほぼ垂直に上昇し、マリアナトラフへ物質と動的支援を供給していると推定された。この違いが両地域の背弧拡大の進行段階の差を説明する可能性があり、深部マントルと地表テクトニクスの連動を示す新たな証拠となった。

深部マントル上昇流が背弧海盆拡大を駆動する重要な役割を解明(Study Reveals Important Role of Deep Mantle Upwelling in Driving Back-Arc Spreading)
A schematic diagram of deep mantle upwelling, material circulation, arc rifting, and back-arc spreading in the IBM region. (Image by IOCAS)

<関連情報>

伊豆・小笠原・マリアナにおける深部マントル上昇流によって促進される物質循環、弧状列島リフティング、および背弧拡大 Material Circulation, Arc Rifting and Back-Arc Spreading Promoted by Deep Mantle Upwelling in Izu-Bonin-Mariana

Lijuan She, Jianke Fan, Dapeng Zhao, Cuilin Li, Xiaoyang Wu, Dongdong Dong, Mei Xue
JGR Solid Earth  Published: 10 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1029/2025JB033662

Abstract

Arc rifting and back-arc spreading reflect complex interactions between deep Earth processes and surface tectonics, playing a fundamental role in understanding oceanic crust formation, material circulation, and Earth’s habitability. However, the driving forces of arc rifting and back-arc spreading remain controversial, particularly due to the lack of seismological evidence. In this study, we investigate the three-dimensional P-wave velocity structure down to 700 km depth beneath the Izu-Bonin-Mariana subduction zone. Our results reveal distinct low-velocity (low-V) anomalies beneath the Izu-Bonin and central Mariana regions. Beneath Izu-Bonin, the low-V anomaly tilts upward from the bottom of the upper mantle to shallower depths away from the Izu-Bonin arc. In contrast, beneath central Mariana, low-V anomalies extend subvertically from the mantle transition zone to the Mariana Trough. These low-V anomalies likely represent Deep mantle upwelling (DMU) and material circulation triggered by devolatilization and oceanic crust melting of the deeply subducted Pacific slab. Integrating our results with previous findings, we propose that the distinct morphologies of DMU are responsible for the different stages of arc rifting and back-arc spreading that occurred in the Izu-Bonin and Mariana subduction zones, and possibly play a critical role in facilitating these processes.

1702地球物理及び地球化学
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