日本岡山大學行星物質研究所的石井貴之副教授與北京大學、北京高壓科學研究中心組成的國際研究團隊，透過高溫高壓實驗再現了隱沒板塊內部的環境，揭示了板塊內部「水遷移」在深源地震形成過程中發揮關鍵作用。相關研究成果已發表在《Nature Communications》上。
圖1．隱沒板塊內部的水分佈與深源地震、板塊彎折的關係。（圖片提供：岡山大學）
在地球內部，當海洋板塊俯衝進入地函時，在數百公里深度會發生一種被稱為「深源地震」的特殊地震。由於深源地震發生於高溫高壓環境下，岩石難以破裂的深度，因此其發生機制長期以來一直是個謎。此外，部分隱沒板塊在約660公里深度附近發生彎折，呈現出似乎在此處停滯的「板塊停滯」現象，其原因此前同樣不明確。
此前認為與這兩種現象均存在關聯的，是板塊內部所含有的水。海洋板塊在俯衝時，會像捲入海水一樣將水帶入內部。水具有促進地函岩石內化學反應、使礦物軟化的作用，因此有學者認為可以以此解釋深源地震和板塊停滯的發生。然而，水在地球深部如何遷移、對礦物產生何種影響，此前並未得到實驗驗證。
聯合研究團隊利用川井式多砧高壓發生裝置，進行了重現隱沒板塊內部環境的高溫高壓實驗，詳細研究了礦物之間相互交換水的情況。
結果表明，在深度410～660公里的區域，板塊內部的主要礦物被儲存水的特殊礦物奪走水分而變得乾燥，而在板塊外側，則因釋放出的水而變得富水，也就是證實了，板塊內部會形成含水量高低不均的分佈。研究表明，由於這種水的重新分配，在板塊中心部位，主要礦物發生高壓相變並不斷推進，形成細小礦物集合體，使得板塊軟化並發生大幅度變形的同時，可能誘發深源地震。另一方面，板塊外側因水的存在而強度降低、易於變形，發揮著促進板塊整體的大幅度變形的作用。
這些結果可在一定程度上解釋板塊在深部停滯或彎折的現象。此外，研究還發現，在深度超過660公里的區域，不再發生這種水的交換，取而代之的是儲水礦物發生急劇脫水反應。發生在約700公里最深處的深源地震，可能就是由這種急劇脫水反應所引發，為最深部深源地震的成因提供了新的機制解釋。
本次研究表明，從「水的遷移」這一新視角，有望解釋深源地震和板塊停滯等地球深部現象。隨著深源地震發生機制的進一步明確，有望為地震模型的建構和地震活動評估提供幫助。此外，隨著決定板塊以何種方式俯衝、在何處停滯的影響因素得以闡明，將大幅推動人類對地球內部物質循環以及地球演化過程的理解。相關成果已發表在《Nature Communications》上。
石井副教授表示：「本次成果是近五年來研究的集大成。我一直思考如何驗證此前無法直接捕捉的‘礦物間水交換’行為，在逐步改變條件、反覆實驗的過程中終於找到了方法。當確信自己提出的假說得到了驗證時，我的內心激動不已。如今已是AI可瞬間給出答案的便捷時代，但靜下心深入思索、不斷試錯的研究有著其獨有的樂趣。有些風景，唯有花費時間深思熟慮之後才能夠看見，我認為這一過程正是科學研究的魅力所在。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Communications
論文：Water exchange process and bulk composition regulate slab dynamics and deep earthquakes
DOI：doi.org/10.1038/s41467-026-74842-y
