炭酸化したマントル・ペリドタイトは沈み込んだCO2の隠れたシンクを示す

地球の隠れた炭素が重要な理由

二酸化炭素は大気、海洋、生物といった地表の間だけで移動するわけではありません。大量の炭素が地球内部へと引き込まれ、数百万年にわたって閉じ込められることで惑星の気候バランスを保つのに寄与します。本研究はオマーンで見られる一群の異常な岩石を調べ、深部で莫大な量の炭素が封じ込められている様子を明らかにします。炭素がどのように、いつ、どこから到来したのかを解き明かすことで、長期的な地球の炭素循環の“欠落”部分に新たな光を当てます。

海底が深部地球と出会う場所

プレート境界の一部では、海洋プレートが曲がって別のプレートの下へ沈み込む沈み込みという過程が起きます。このプレート上の堆積物や変質した海洋地殻には炭素を含む鉱物や水を多く含む流体が豊富です。下降するにつれて加熱され、流体を放出し、それが上側のマントルウェッジへ上昇することがあります。オマーンでは、古い海洋底と上部マントルの大きな片が地上に押し上げられたセマイル・オフィオライトがあり、かつての沈み込み帯の断面が保存されています。この区画内で研究者たちは、比較的変化の少ないマントル岩石から明るく完全に炭酸化したリストベナイトへと移行するボーリングコア（Hole BT1b）を調べ、これらが合わせておよそ10億トンのCO2を自然に貯蔵している可能性があることを示しました。

流体の履歴を語る岩石

炭素を多く含む流体が高温の岩石を通過すると、化学的な指紋が残されます。研究チームはハロゲン元素（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素）に注目しました。これらは固体鉱物よりも流体中を移動する傾向があります。高精度の微小分析を用いて、部分的に変質した岩石から完全に炭酸化した岩石への遷移領域にある蛇紋石、炭酸塩、その他の鉱物の微小領域でこれらの元素を測定することで、流体がどのように移動し変化したかを追跡しました。その結果、蛇紋岩が段階的に炭酸塩に富むリストベナイトへと変わる過程で、塩素が臭素やヨウ素に比べてはるかに強く放出されることが分かりました。これにより、特徴的なハロゲン比を持つ進化する流体が生まれ、沈み込み帯のより深部に由来する可能性のある供給源と一致させることができました。

隠れた炭素の経路をたどる

ハロゲンのパターンは、炭酸化の大半を担った流体が堆積物から絞り出された浅い海水だけではなかったことを示します。代わりに、それらは堆積孔隙水と、炭酸塩が溶解したり分解したりすることで発生する、沈み込むスラブ深部から上昇するCO2濃厚な流体が混合したものでした。岩石データに合うように流体化学がどのように進化しなければならなかったかのモデル化は、これらの流体が塩分に比べて異常に高い炭素を運んでいたに違いないことを示します。こうした流体がスラブ上方の前弧マントル領域に入ると、ペリドタイトや蛇紋岩と反応し、段階的にリストベナイトへと変え、溶存CO2を地質学的時間スケールで安定な固体炭酸塩鉱物として固定しました。

矛盾する年代を解きほぐす

類似した岩石中の炭酸塩脈に対する従来の年代測定は、オマーンの一部リストベナイトがこの地域での沈み込みが終わった後に形成されたことを示唆し、流体の由来がより局所的で新しいものだと解釈されてきました。本研究は、調査したボーリングコアにおける主要な炭酸化期が、後の出来事ではなく沈み込みに関連する流体と化学的に結びついていることを示しています。著者らは二つの段階を区別します：一つはハロゲン指紋を持つ沈み込み流体に関連する初期のマグネサイト豊富な段階、もう一つは別のハロゲンパターンを示し、より若い造山活動や火成活動を反映する可能性のあるカルシウムに富む白雲岩を伴う後期段階です。彼らは、若い年代値は主にこの第二の上書き的なエピソードを年代づけしており、元来の大規模な炭素閉じ込めを示すものではないと主張します。

地球の気候エンジンにとっての意味

流体化学と、世界の堆積物からどれだけの孔隙水が逃れるかに関する独立した推定を組み合わせることで、研究者たちは深部のスラブ領域から前弧マントルへ移動するCO2濃厚な流体が年間およそ1.7–3.4 × 10¹³グラムの炭素を運ぶ可能性があると推定しています。これは沈み込み帯へ入る炭素の大部分、場合によっては最大で約90パーセントを占める可能性があります。言い換えれば、これらの炭酸化したマントル・ペリドタイトのような岩石は、火山を介して大気へ速やかに戻るか深部マントルへ沈み込むかのどちらかを防ぎ、沈み込んだ炭素の多くを保持する主要でこれまで過小評価されてきたシンクを表している可能性があります。こうした岩石を生む条件は温度、堆積物の種類、構造環境などに依存するため、この隠れた炭素トラップの強さは地球史を通じて変化しており、長期的な気候を微妙に左右してきたと考えられます。

引用: Carter, E.J., O’Driscoll, B., Burgess, R. et al. Carbonated mantle peridotites represent a hidden sink for subducted CO₂. Nat Commun 17, 3297 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68646-3

キーワード: 沈み込み帯の炭素, マントルの炭酸化, リストベナイト, 前弧マントル, 地球規模の炭素循環