火星の表面は酸化しているのに、核のすぐ上は還元的なはず。18万気圧で作ったざくろ石が鉄の11〜21% を三価鉄として抱え込み、この矛盾をほどいた

2026.10.28
スポンサーリンク
スポンサーリンク

この記事には広告（Amazon アソシエイトのリンク）を含みます。

火星には、つじつまの合わないところがあります。火星から飛んできた隕石や地表の岩石を調べると、鉄がかなり酸化した状態で含まれています。ところが火星の深部は、金属の鉄でできた核のすぐ上にマントルがあって、そこは酸素を奪われた、いわば還元的な場所のはずです。還元的なマントルから湧き上がったマグマが、どうして酸化した岩石になるのか。地球でも似た問いがあり、マントルの深さによって酸化の度合いが違うことが知られています。

この矛盾を解くかもしれない実験の結果を、愛媛大学と海洋研究開発機構の研究者が2026年5月に Journal of Geophysical Research: Solid Earth に発表しました。鍵は、マントルの深いところでできる「メージャライト」という高圧のざくろ石です。

鉄の2つの顔

岩石の中の鉄には、2つの顔があります。電子を2つ失った二価鉄（Fe²⁺）と、3つ失った三価鉄（Fe³⁺）です。三価鉄のほうが「酸化した鉄」にあたり、鉄全体に占める三価鉄の割合が高いほど、その岩石は酸化的だといえます。マントルがどれだけ酸化しているかは、岩が溶けてマグマになる温度や、火山から出るガスの組成、ひいては惑星の表面の環境にまで効いてきます。

惑星が生まれた直後、マントルは丸ごと溶けた「マグマオーシャン」の状態にあったと考えられています。それが冷えて固まるとき、鉄がどんな酸化の状態で鉱物に取り込まれたかが、その後のマントルの性質を決めます。ただ、高い圧力でできる鉱物の中の三価鉄の量を測るのは、簡単ではありません。

メージャライトは、地球では深さ500〜600km あたり、火星ではマントルの底にあたる高温高圧で安定な主要鉱物です。火星は地球より小さいので、マントルの底でも圧力は地球の中ほどの深さと同じくらいにしかなりません。つまり同じ圧力の実験で、地球の中ほどと火星の底の両方を調べられます。

18万気圧で、マグマと一緒に作る

論文の筆頭著者は愛媛大学 先端研究院 地球深部ダイナミクス研究センターの桑原秀治さんで、海洋研究開発機構 高知コア研究所の中田亮一さんとの2人の研究です。チームは愛媛大学のマルチアンビル高圧発生装置を使い、18GPa（約18万気圧）、2,150〜2,200℃という条件で、火星の岩石を模した試料を溶かしました。金属の鉄を一緒に入れて、核のそばのような還元的な条件を作り、ダイヤモンドのカプセルの中で、メージャライトをマグマと共存させたまま結晶として成長させています。

できた試料は、兵庫県の大型放射光施設 SPring-8 に運びました。X線を当てて吸収のされ方を細かく見ると、元素がどんな価数で存在しているかが分かります。X線吸収端近傍構造（XANES）という方法で、メージャライトの中の鉄のうち、三価鉄がどれだけあるかを測りました。

火星の表面は酸化しているのに、核のすぐ上は還元的なはず。18万気圧で作ったざくろ石が鉄の11〜21% を三価鉄として抱え込み、この矛盾をほどいた

鉄の11〜21% が三価鉄だった

結果は、メージャライトに含まれる鉄のうち11〜21% が三価鉄だった、というものです（測定の誤差は±0.01〜0.02）。金属鉄とダイヤモンドで強く還元した条件でも、この割合でした。上部マントルの鉱物やケイ酸塩のマグマに比べると高く、地球の下部マントルで最も多い鉱物ブリッジマナイトよりは低い値です。マグマオーシャンが固まるときに、深さによって三価鉄の割合が違う層ができる、ということになります。

この結果が、火星の矛盾をほどきます。メージャライトは、還元的なマグマと共存していても、鉄の一部を三価鉄として抱え込みます。マグマオーシャンの底で固まったメージャライトは、三価鉄をため込んだスポンジのようなものです。それがマントルの対流で上に運ばれ、浅いところで別の鉱物に変わったり分解したりするとき、新しい鉱物に収まりきらない三価鉄が、ヘマタイト（赤鉄鉱）などの形で吐き出されます。そこで生まれるマグマは、もとのマントルより酸化的になります。核のすぐ上の還元的な層と、地表の酸化した岩石とのあいだの食い違いは、このメージャライトを通せば説明がつく、と論文は書いています。

地球についても、同じ仕組みが別の形で働きます。地球は火星より深いマントルを持ち、下部マントルではブリッジマナイトが三価鉄をさらに多く抱えています。マントルの上昇流の中でブリッジマナイトがメージャライトに変わると、余った三価鉄が放出され、マントル遷移層を下から酸化します。遷移層の中に酸化の度合いのむらができる、という予測です。

溶けた層の上で

火星の内部については、NASA の探査機インサイトが地震波で調べた結果、核の上に溶けたケイ酸塩の層があるとする解釈が出ています。核のすぐ上に還元的な溶けた層があり、その上のマントルの底でメージャライトが三価鉄を抱える、という今回の筋書きは、その構造とも矛盾しません。

もちろん、実験室で作った鉱物と、実際の火星の内部とのあいだには距離があります。この実験が示したのは、18万気圧の還元的な条件でメージャライトがどれだけ三価鉄を持てるか、という一点です。それでも、初期の惑星で酸化的なマグマがどう生まれたかを考えるうえで、火星と地球の両方に使える数字が1つ増えました。

関連する商品

この記事に関連する本や商品は、Amazon で探せます。

上のリンクから購入されると、このブログに紹介料が入ることがあります。

画像について

この記事の画像は AI（ChatGPT）で作った想像図で、ご自由にお使いいただけます。お使いになるときは、出典としてこの記事へのリンクを載せていただけるとうれしいです。

出典

スポンサーリンク
スポンサーリンク
地球科学
SPring-8ざくろ石マントルメージャライト三価鉄愛媛大学海洋研究開発機構火星酸素フガシティ高圧実験
シェアする
ひろゆらをフォローする
ひろゆら

コメント

タイトルとURLをコピーしました