Tectonic-petrological model of the multistage origin of eclogites of the Maksyutov complex (Southern Urals)
本論文は、新たな地球化学的データと「沈み込み開始規則」に裏付けられた、ダイヤモンドとコーサイトは現地で形成されたのではなくマントルプルームによってもたらされたとする新しい構造・岩石学的モデルを提案することにより、マクシュトフ複合体が古典的な超高圧テレーンであるという分類に異議を唱えるものである。
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地殻の遥か下深く、岩石が計り知れない重圧に押しつぶされ、灼熱の熱によって焼き尽くされる場所で、隠されたドラマが繰り広げられている。これはプレートテクトニクスの世界であり、そこでは惑星の表面を構成する巨大な板状の塊が衝突し、互いの下に滑り込み、時にはあまりに深く沈み込み、エクロジャイトと呼ばれる奇妙で高密度の岩石へと変貌を遂げる。数十年にわたり、地質学者たちはロシアの南ウラル山脈にある特定の領域、マクシュトフ複合体に魅了されてきた。ここでは、あまりに深く埋没したためにダイヤモンドやコエサイトと呼ばれる希少な石英へと変化したはずの岩石が見つかっている。これらの鉱物は超高圧環境の象類であり、通常は数百キロメートル下の、山脈形成プロセスが到達すると考えられていたよりもはるかに深い場所で見られる条件である。これらの鉱物の存在は、地殻の一部がマントルの縁まで引きずり込まれ、その後再び持ち上げられたことを示唆しており、その旅路は大陸がどのように衝突するかという我々の理解を書き換えるものとなるはずであった。
しかし、マクシュトフ複合体の物語は、常に一種のパズルであった。岩石は地球の最も深い部分への旅を生き延びたかのように見えた一方で、その証拠は散在しており、時には矛盾さえしていた。ある研究者は極限状態が現実であると主張したが、他の研究者は、岩石が単に他の地質学的力によってかき混ぜられただけではないかと疑問を抱いた。これを解決するため、ヴァレンチン・フェドキンとアンドレイ・シプチャンスキーに率いられた科学者チームは、現代のツールを用いて岩石の中に刻まれた化学的な歴史を読み解くことで、新鮮な視点から岩石を見つめることに決めた。彼らは、沈み込み帯（一つのプレートが別のプレートの下に潜り込む場所）が実際にどのように始まるのかという新しいアイデアを検証したいと考えた。マクシュトフ複合体を天然の実験室として扱うことで、彼らは単に岩石がどこから来たのかだけでなく、この地域全体が数億年にわたってどのように進化してきたのかを理解しようとしたのである。
研究者たちはまず、マクシュトフ複合体から厳選された一連の岩石サンプルを収集することから始めた。彼らは、エクロジャイトとして知られる暗色で重い岩石や、それらにしばしば伴う青みを帯びた片岩に焦点を当てた。彼らは単に顕微鏡で岩石を見ただけではなく、シリコンや鉄のような一般的な元素から、岩石の起源の指紋として機能する希少な微量元素に至るまで、その化学組成を極めて詳細に分析した。また、岩石内部の微細な結晶、特に樹木の年輪のように層状に成長し、岩石が形成される際の圧力と温度の変化を記録しているガーネットについても調査した。これらの化学的および物理的な手がかりを読み解くことで、チームは地球の地殻におけるこの部分で何が起きたのかという新しいモデルを構築した。
彼らが発見したことは、マクソフト複合体が純粋に深い沈み込みの旅によって引き起こされた典型的な超高圧変成作用の例であるという、長年の定説に異を唱えるものであった。データは、より複雑でダイナミックな歴史を示唆していた。チームは、岩石が押し下げられ、その後引き上げられるという、単一の滑らかな経路を辿ったのではないことを発見した。代わりに、変成作用（岩石が変容するプロセス）は、約1億5000万年にわたって、循環的かつ脈動的であった。岩石は、加熱と冷却、わずかな沈降とわずかな上昇の繰り返しを経験した。このリズムを刻む跳ね返りにより、岩石はダイヤモンドやコエサイトを自然に生成するような、単一の連続的で極端な下降にさらされることはなかったのである。
最も驚くべき結論は、岩石の中で発見されたダイヤモンドとコエサイトに関するものであった。著者らは、これらの鉱物が、岩石が地下深くでゆっくりと押しつぶされることによって形成されたのではないと主張している。むしろ、証拠は、これらの高圧鉱物が、上昇する熱いマントル物質によって捕らえられた、深部に存在する岩石の塊の中に既に存在していたことを示唆している。深海の潮流が海底から重い石を掃き上げ、表面へと運ぶ様子を想像してほしい。地質学的なシナリオでは、地球の深部から上昇する熱い岩石の柱が、これらのエキゾチックな高圧の断片を拾い上げ、マクシュトフ複合体へと持ち上げたのである。複合体自体の岩石は、ダイヤモンドを作るために必要な極限の深さに自力で到達することはなかった。代わりに、それらは既存の深部の地球の宝物を閉じ込める「容器」として機能したのである。
この発見は、南ウラルの地質学的歴史に重大な修正を迫るものである。チームは、ここでの沈み込みプロセスが、異なるマントル源の混合と、1パーセントから4パーセントと推定される地殻からの小さくも測定可能な寄与を含んでいたことを算出した。また、彼らはマントルと地殻の相互作用が1.5から3.5ギガパスカルの圧力範囲で行われたことを突き止めたが、これは高い数値ではあるものの、以前想定されていたような超深部の条件を必ずしも必要とするものではない。したがって、ダイヤモンドとコエサイトの存在は、マクシュトフ複合体全体が超高圧テレーン（地塊）であったことを証明するものではない。むしろ、それは深部のマントル物質が、これらの希少な鉱物を運びながら地殻内の岩石へと注入された、特異で珍しい出来事を指し示しているのである。
この研究はまた、マクシュトフ複合体が沈み込み開始帯（新しい沈み込みプロセスが始まる場所）の多くの基準を満たしていることも確認した。岩石の化学組成は、火山岩の一種から別の種類への明確な進化を示しており、これは沈み込み帯がどのように始まるかについての現代の理論と一致するパターンである。しかし、変成作用の独特な脈動的な性質と、深部の包含物が表面に運ばれてきた方法は、この複合体を特別な事例としている。それは標準的な教科書通りの深い沈み込みチャネルの例ではなく、異なる層が混ざり合った複雑なテクトニクス事象の混合物なのである。
結局のところ、この研究はマクシュトフ複合体の重要性を否定するものではない。それは単に、その理解を精緻化するものである。岩石は依然として深部の地球への窓であるが、その景色は今、より鮮明になっている。ダイヤモンドとコエサイトは実在するが、それらは岩石が世界の底へと押しつぶされた結果ではない。それらは、熱の上昇流によって深部から運ばれてきた「訪問者」であり、プレートテクトニクスのゆっくりとした、脈動する機構によってリサイクルされている岩石の中に閉じ込められたものである。何がその場で形成され、何が他所から持ち込まれたのかを区別することで、科学者たちは南ウラルがどのように築かれたかについて、より正確な姿を描き出した。それは、地球の地殻が単純な一方通行の深い旅ではなく、絶え間ないリズムを持った運動の場であることを示しているのである。
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