小木曽哲 人間・環境学研究科教授、町田嗣樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構特任技術研究員、平野直人 東北大学准教授らの研究グループは、日本海溝沖の北西太平洋に存在するプチスポットと呼ばれる火山で活動したマグマの生成条件を明らかにするために、高温高圧溶融実験を行った結果、プチスポットのマグマがプレート直下のアセノスフェア（地殻の下のマントル内に存在する、地震波の伝わる速度が低下して柔らかい層）に由来することを明らかにしました。
本研究成果は、2017年2月2日午後7時に英国の科学誌「Nature Communications」に掲載されました。
研究者からのコメント
地球でプレートテクトニクスが起こっている理由が、プレート直下のアセノスフェアが部分的に融けているからであるということが、本研究によってほぼ確実になりました。そして、その融けている理由が、地球内部に存在する二酸化炭素のせいであることも明らかになりました。二酸化炭素の存在は、地球の表層環境だけでなく、地下深くにある物質の状態にも影響を及ぼしていて、それがプレートテクトニクスという地球特有の現象を引き起こす原因にもなっているのです。
概要
地球の最表層は硬い岩石から構成されており、十数枚の板（プレート）に分かれていると考えられています。プレート直下のアセノスフェアが柔らかい理由について、プレートテクトニクス理論成立初期は、アセノスフェアが部分的に溶けていることが原因であるとするアセノスフェア部分溶融説が有力視されていました。しかし、微量な水が存在するだけで、溶けなくてもマントルかんらん岩は柔らかくなるといった非溶融説が複数提唱され、それらが有力視されるようになりました。その後、二酸化炭素を含むマントルかんらん岩の高温高圧溶融実験や地球物理学的解析によって、アセノスフェアに二酸化炭素を大量に含むマグマが存在している可能性が提唱されましたが、そのことを示す物的証拠はありませんでした。
一方、日本近海で発見されたプチスポットの形成モデルによると、プチスポットマグマの上昇はプレート沈み込みに伴うプレートの屈曲に深く関わっており、マグマの供給源はプレートの下のアセノスフェアだろうと予想されました。さらに、プチスポットマグマには二酸化炭素が大量に含まれていることが明らかになりました。
そこで本研究グループは、二酸化炭素に富むプチスポットマグマが実際にはどこで生成されたのかを決定するために、複数相飽和実験と呼ばれる高温高圧溶融実験を行いました。
その結果、アセノスフェアは二酸化炭素の存在によって部分的に溶けており、そのマグマがプレートの屈曲に伴ってプレート下部に貫入し、周囲のマントルかんらん岩と化学的に安定に共存する状態（最終平衡）に達した後、噴火したものがプチスポットであることが分かりました。
図：北西太平洋におけるプチスポット噴火モデル（Hirano et al. （2006）のFig. 3Cを、本研究の成果を踏まえて改変）
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 http://doi.org/10.1038/ncomms14302
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/217954
Shiki Machida, Tetsu Kogiso & Naoto Hirano. (2017). Petit-spot as definitive evidence for partial melting in the asthenosphere caused by CO2. Nature Communications, 8:14302.
