平賀岳彦准教授らの論文がNature誌に掲載

地球上部マントル内の拡散クリープ下でオリビン結晶は配列する

―オリビンの粒子形がマントル地震波速度異方性の成因?―

著者:宮崎智詞、末善健太、平賀岳彦

Nature Online Edition: 2013/10/17に掲載
Olivine crystals align during diffusion creep of Earth’s upper mantle
-Olivine crystal shape controls seismic anisotropy in the mantle?-

成果の概要

上部マントルの主要鉱物であるオリビンが、粒界すべり卓越の拡散クリープ下で変形すると、結晶軸選択配向することをオリビンにおいて発見した。また、その配向パターンや強度は、温度条件やメルトの存在によって変化することも示した。これは、オリビン粒子形が特定の結晶面の発現により支配され、その発現が条件によって変化すること、および粒界すべりがその面で選択的に生じることで説明される。弾性異方性が強いオリビンが配向する事で地震波速度異方性が生じると期待され、その予想された異方性とその分布は、これまで強い異方性が観測されている上部マントル深さ130-210kmの領域に一致した。これまで、異方性の成因は、地球内部の転位クリープ(べき乗型クリープ)の結果とされてきたが、その数十年来の常識が見直される発見である。岩石に見られる他の鉱物の結晶軸選択配向および上部マントルよりさらに深い領域における地震波速度異方性が、今回発見されたメカニズムで岩石が流動した結果である可能性も出てきた。

本研究で予想された、マントルアセノスフェア内でカンラン岩の粒界すべり卓越拡散クリープ下で変形した場合のオリビンの粒子形とそれから予想される結晶軸配向の深度分布。観測された太平洋下での地震波速度異方性の分布が示されている。6角形、短冊形、丸型の粒子はそれぞれオリビンの低温、高温、ソリダス上での温度条件で現れる粒子形を現している。地震波速度異方性の特徴はオリビンの結晶軸配向パターンと強度から推定されている。VSH, VSV および VAve はそれぞれ、S波の水平、鉛直方向偏向波速度および平均速度である。

本研究で予想された、マントルアセノスフェア内でカンラン岩の粒界すべり卓越拡散クリープ下で変形した場合のオリビンの粒子形とそれから予想される結晶軸配向の深度分布。観測された太平洋下での地震波速度異方性の分布が示されている。6角形、短冊形、丸型の粒子はそれぞれオリビンの低温、高温、ソリダス上での温度条件で現れる粒子形を現している。地震波速度異方性の特徴はオリビンの結晶軸配向パターンと強度から推定されている。VSH, VSV および VAve はそれぞれ、S波の水平、鉛直方向偏向波速度および平均速度である。