国立大学法人　愛媛大学
国立大学法人　岡山大学
国立研究開発法人海洋研究開発機構

【今回の研究成果のポイント】

• 形成直後の地球マントルの酸化状態は当時の地球表層が生命に適した環境であったかを推定する上で重要であるがよくわかっていなかった。
• 惑星形成末期の巨大天体衝突によって生じるマグマオーシャンでは、2価鉄の電荷不均化反応により3価鉄が生成し、より酸化的になることが示されていた。
• 世界で初めて地球マントルと似た組成の試料を下部マントルに相当する圧力条件（２３万気圧以上）で融解させ、2価鉄と3価鉄を定量的に測定する実験に成功した。
• この結果、地球の下部マントル上部（深さ660km-800km）に相当する圧力では現在の上部マントルよりも一桁以上多い3価鉄が生成することが明らかとなった。
• このような超深度マグマオーシャンから結晶化したマントルは現在よりもずっと酸化的であり、生命誕生以前の初期地球大気は二酸化炭素や二酸化硫黄に富み、原始生命にとってとても過酷な表層環境が形成したことが示唆された。

【概要】
愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センターの桑原秀治助教と入舩徹男教授、海洋研究開発機構（JAMSTEC）高知コア研究所の中田亮一主任研究員、JAMSTECの門屋辰太郎Young Research Fellow、岡山大学惑星物質研究所の芳野極教授の研究チームは、巨大天体衝突によって生じる深いマグマオーシャン中で生成する3価鉄の量を決める実験に成功しました。その結果、下部マントル圧力条件下では理論予測よりもはるかに効率よく2価鉄の電荷不均化反応によって3価鉄と金属鉄が生成することを明らかにしました。
本研究の結果は、地質記録から示唆されている40億年前より以前（冥王代）の非常に酸化的な上部マントルを定量的に説明することができます。また、当時の火山ガス組成が二酸化炭素や二酸化硫黄主体であり、原始生命にとってとても過酷な表層環境が形成したことが示唆されました。今後、地質記録により、提案したマントル大酸化の詳細な検証が期待されます。本研究成果は、英国の科学雑誌「Nature Geoscience」に5月5日に掲載され、注目すべき研究として同誌のNews & Views欄でも紹介されます。

■論文情報
掲載誌：Nature Geoscience
題名：Hadean mantle oxidation inferred from melting of peridotite under lower mantle conditions（和訳：下部マントル条件下でのカンラン岩の融解から推定される冥王代マントルの酸化）
著者：Hideharu Kuwahara（桑原秀治）, Ryoichi Nakada（中田亮一）, Shintaro Kadoya（門屋辰太郎）, Takashi Yoshino（芳野極）, Tetsuo Irifune（入舩徹男）
DOI：10.1038/s41561-023-01169-4

【研究サポート】
日本学術振興会科学研究費補助金　課題番号：20H01994, 21K18655

＜詳しい研究内容について＞
超深度マグマオーシャン形成に伴う初期地球マントルの大酸化イベントを超高圧実験により再現


＜お問い合わせ＞
（研究に関すること）
愛媛大学　地球深部ダイナミクス研究センター
助教　桑原　秀治
電話：089-927-8153

愛媛大学　地球深部ダイナミクス研究センター
センター長・教授　入舩　徹男
電話：089-927-9645

海洋研究開発機構 高知コア研究所　物質科学研究グループ
主任研究員　中田　亮一
　電話：088-878-2275
　
岡山大学　惑星物質研究所
所長・教授　芳野　極
電話：0858-43-3737

（プレスリリースに関すること）
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愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター（GRC）
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